Большой адронный коллайдер (БАК), самый мощный из существующих ускорителей элементарных частиц, был перезапущен после трехлетнего простоя из-за модернизации и технических работ.
В результате на БАКе смогли увеличить светимость (поток частиц) практически в два раза, что приблизило преобразование в коллайдер высокой светимости (High Luminosity LHC, HL-LHC). Теперь ускорителю предстоит третья стадия научных экспериментов, в которой планируют провести масштабные исследования, превышающие по объемам полученных данных две предыдущие фазы. Исследование направлено на поиск и изучение сверхтяжелых элементарных частиц, например, бозона Хиггса и суперсимметричных партнеров частиц Стандартной модели. Кроме того, планируется осуществить столкновения протон-гелия для измерения частоты образования аналогов протонов из антивещества и столкновения ионов кислорода, которые расширят представления о кварк-глюонной плазме, появившейся сразу после Большого взрыва.
Большой адронный коллайдер относится к крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий — Европейской организации по ядерным исследованиям, также известной как ЦЕРН (CERN). Ускоритель частиц располагается под землей на глубине около 100 метров на швейцарско-французской границе около Женевы, его протяженность исчисляется почти 27 километрами. На территории комплекса находятся различные технические и исследовательские корпуса и кампусы, а также целая система детекторов и других инструментов для наблюдений и экспериментов, которые суммарно составляют около семи тысяч тонн металла, кремния и электроники. Сразу вспоминается корпорация Umbrella из Resident Evil. Не этой ли франшизой вдохновлялись создатели БАК?
В строительстве коллайдера и научной работе принимают участие более десяти тысяч ученых и инженеров со всего мира, в том числе и из России. Ускоритель заряженных частиц на встречных пучках разработан для разгона и столкновения протонов и тяжелых ионов (например, свинца).
На БАКе располагаются четыре основных и три дополнительных детектора. Основной задачей коллайдера считается поиск отклонения от Стандартной модели (группа теорий, описывающих современное представление о фундаментальных частицах и их взаимодействиях). Эта модель объясняет, а быть может еще более запутывает, многие явления в физике. Однако не полностью: она не способна объяснить гравитацию, появление темной материи и темной энергии. Не удивительно, есть мнение, что так таким образом ученые пытаются «с помощью секундомера измерять температуру».
Кроме того, на БАКе планируют произвести поиск Новой физики (совокупность новых теорий, где Стандартная модель будет частью Новой физики), а также проверку других экзотических теорий, поиск суперсимметрии (предполагающей существование более тяжелого партнера у каждой элементарной частицы), исследование хиггсовского механизма нарушения электрослабого взаимодействия (через изучение бозона Хиггса), исследование топ-кварков (самой тяжелой элементарной частицы), изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений, а также эксперименты для изучения антиматерии.
Каковы же результаты?
На данный момент на Большом адронном коллайдере завершено два исследовательских этапа, в рамках которых были обнаружены новые сложные частицы. Первый запуск ускорителя стартовал в сентябре 2008 года, однако из-за технических неполадок он был приостановлен и вновь запущен для работы спустя год.
После трех лет регулярных экспериментов, в июле 2012 года, в ЦЕРН заявили об обнаружении частицы, которая крайне похожа по своим характеристикам на бозон Хиггса, который был предсказан теоретически еще в 1964 году. Масса найденной частицы 125,36 ± 0,41, она не имеет электрического заряда и нестабильна. Эта частица наиболее характерно проявляла себя в распаде на два фотона и на два Z-бозона, которые впоследствии распадались на четыре лептона. В 2013 году некоторые сотрудники ЦЕРН подтвердили, что это действительно был бозон Хиггса. В том же году британскому ученому Питеру Хиггсу и бельгийцу Франсуа Энглеру была присуждена Нобелевская премия по физике за теоретическое обоснование существования бозона.
В июле 2021 года отечественные физики, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили об открытии экзотического тетракварка Tcс+, который является новой формой материи. Тетракварк Tcс+ — единственная известная частица, которая состоит из четырех кварков, два из которых очарованные (с-кварки), однако она не включает в себя очарованные антикварки.
По материалам Лента