Компенсация За Зодиакалния Знак
Странност C Знаменитости

Научете Съвместимост По Зодиакален Знак

Какво ъпгрейд носи на CERN

Шест години след откриването, бозонът на Хигс потвърждава прогнозата. Скоро надграждането на Големия адронен колайдер ще позволи на учените от CERN да произвеждат повече от тези частици за тестване на стандартния модел на физиката

Какво ъпгрейд носи на CERNСъбитие-кандидат на ATLAS за бозона на Хигс (H), разпадащ се до два долни кварка (b), във връзка с W бозон, разпадащ се до мюон (μ) и неутрино (ν). (Изображение: ATLAS/CERN)

Написано от Рашми Ранивала и Судхир Ранивала







Шест години след като бозонът на Хигс беше открит в Големия адронен колайдер на CERN (LHC), физиците на елементарните частици обявиха миналата седмица, че са наблюдавали как се разпада неуловимата частица. Откритието, представено от сътрудничеството на ATLAS и CMS, наблюдава разпадането на Хигс бозон до фундаментални частици, известни като дънни кварки.

През 2012 г. носителят на Нобелова награда за откритието на Хигс бозона потвърди Стандартния модел на физиката, който също предвижда, че около 60% от времето на Хигс бозон ще се разпадне до двойка дънни кварки. Според CERN тестването на тази прогноза е от решаващо значение, тъй като резултатът или ще даде подкрепа на Стандартния модел - който е изграден върху идеята, че полето на Хигс придава маса на кварките и други фундаментални частици - или ще разклати основите му и ще насочи към нова физика.



Бозонът на Хигс е открит чрез изследване на сблъсъци на частици при различни енергии. Но те продължават само една цептосекунда, което е 0,000000000000000000001 секунди, така че откриването и изучаването на техните свойства изисква невероятно количество енергия и усъвършенствани детектори. CERN обяви по-рано тази година, че получава масивна модернизация, която ще бъде завършена до 2026 г.

Защо да изучаваме частици?



Физиката на елементарните частици изследва природата в екстремни мащаби, за да разбере основните съставки на материята. Точно като граматиката и речника насочват (и ограничават) нашата комуникация, частиците общуват помежду си в съответствие с определени правила, които са вградени в така наречените „четирите фундаментални взаимодействия“. Частиците и три от тези взаимодействия са успешно описани чрез унифициран подход, известен като Стандартен модел. SM е рамка, която изисква съществуването на частица, наречена Хигс бозон, и една от основните цели на LHC е да търси Хигс бозона.

Как се изследват такива малки частици?



Протоните се събират на групи, ускоряват се почти до скоростта на светлината и се карат да се сблъскат. Много частици се появяват от такъв сблъсък, наречен събитие. Появяващите се частици показват привидно случаен модел, но следват основните закони, които управляват част от тяхното поведение. Изучаването на моделите в излъчването на тези частици ни помага да разберем свойствата и структурата на частиците.

Първоначално LHC осигуряваше сблъсъци с безпрецедентни енергии, което ни позволяваше да се съсредоточим върху изучаването на нови територии. Но сега е време да увеличим потенциала за откриване на LHC чрез записване на по-голям брой събития.



(Източник: CERN)

И така, какво ще означава надстройка?

След откриването на бозона на Хигс е наложително да се проучат свойствата на новооткритата частица и нейния ефект върху всички останали частици. Това изисква голям брой бозони на Хигс. SM има своите недостатъци и има алтернативни модели, които запълват тези пропуски. Валидността на тези и други модели, които предоставят алтернатива на SM, може да бъде тествана чрез експериментиране, за да се проверят техните прогнози. Някои от тези прогнози, включително сигнали за тъмна материя, суперсиметрични частици и други дълбоки мистерии на природата, са много редки и следователно трудни за наблюдение, което допълнително налага нуждата от високосветещ LHC (HL-LHC).



Представете си, че се опитвате да намерите рядко разнообразие от диаманти сред много голям брой очевидно подобни изглеждащи парчета. Времето, необходимо за намиране на желания диамант, ще зависи от броя на парчетата, предоставени за единица време за проверка, и времето, необходимо за проверка. За да изпълним тази задача по-бързо, трябва да увеличим броя на предоставените части и да инспектираме по-бързо. В процеса могат да бъдат открити някои нови парчета диаманти, които досега не са наблюдавани и неизвестни, което променя гледната ни точка за редките разновидности на диамантите.

След надграждане скоростта на сблъсъците ще се увеличи, както и вероятността от повечето редки събития. Освен това, разпознаването на свойствата на Хигс бозона ще изисква тяхното изобилие. След надграждането общият брой бозони на Хигс, произведени за една година, може да бъде около 5 пъти повече от броя, произвеждан в момента; и за същата продължителност общите записани данни могат да бъдат повече от 20 пъти.



С предложената осветеност (мярка за броя на пресичащите протони за единица площ за единица време) на HL-LHC, експериментите ще могат да записват около 25 пъти повече данни за същия период, както при работещ LHC. Лъчът в LHC има около 2800 снопа, всеки от които съдържа около 115 милиарда протона. HL-LHC ще има около 170 милиарда протона във всяка група, което ще допринесе за увеличаване на осветеността с коефициент 1,5.

Как ще бъде надграден?

Протоните се държат заедно в групата с помощта на силни магнитни полета от специални видове, образувани с помощта на квадруполни магнити. Фокусирането на групата в по-малък размер изисква по-силни полета и следователно по-големи токове, което налага използването на свръхпроводящи кабели. По-нови технологии и нов материал (ниобий-калаен) ще бъдат използвани за производство на необходимите силни магнитни полета, които са 1,5 пъти по-големи от настоящите полета (8-12 тесла).

Тества се създаването на дълги намотки за такива полета. Ново оборудване ще бъде инсталирано на 1,2 км от 27-километровия LHC пръстен в близост до двата големи експеримента (ATLAS и CMS), за фокусиране и притискане на гроздовете непосредствено преди да се пресекат.

За свързването на силовите преобразуватели към ускорителя ще се използват стометрови кабели от свръхпроводящ материал (свръхпроводящи връзки) с капацитет до 100 000 ампера. LHC получава протоните от ускорителна верига, която също ще трябва да бъде модернизирана, за да отговори на изискванията за висока осветеност.

Тъй като дължината на всяка група е няколко см, за да се увеличи броят на сблъсъците, се прави лек наклон в сноповете точно преди сблъсъците, за да се увеличи ефективната площ на припокриване. Това се прави с помощта на „кухини от раци“.

Експерименталната общност по физика на елементарните частици в Индия участва активно в експериментите ALICE и CMS. HL-LHC също ще изисква надграждане на тях. Както проектирането, така и производството на новите детектори, както и последващият анализ на данните ще имат значителен принос от индийските учени.

Споделете С Приятелите Си: