Large Hadron Collider (LHC) får ett stort boost till sin prestanda. Tyvärr, för fans av banbrytande fysik, måste hela saken stängas av i två år medan arbetet är gjort. Men när den har startats och körs kommer de förbättrade funktionerna att göra det ännu kraftfullare.
Kärnan i Large Hadron Collider är att påskynda partiklar och sedan leda dem att kollidera med varandra i kammare. Kameror och detektorer tränas i dessa kollisioner, och resultaten övervakas i liten detalj. Det handlar om att upptäcka nya partiklar och nya reaktioner mellan partiklar och se hur partiklar förfaller.
Denna avstängning kallas Long Shutdown 2 (LS2.) Den första avstängningen var LS1, och den ägde rum mellan 2013 och 2015. Under LS1 förbättrades kraften hos collideren, och detsamma var dess detekteringsförmåga. Detsamma kommer att hända under LS2, då ingenjörer kommer att förstärka och uppgradera hela gaspumpskomplexet och detektorerna. Arbetet är under förberedelse för nästa LHC-körning, som börjar 2021. Det är också att förbereda för ett projekt som heter High-Luminosity LHC (HL-LHC) -projektet, som börjar 2025.
Experimentet mellan LS1 och LS2 kallas den andra körningen och gick från 2015 till 2018. Den körningen gav några imponerande resultat och massor av data som fortfarande skulle kunna bearbetas. Enligt CERN producerade den andra körningen 16 miljoner miljarder proton-proton-kollisioner vid en energi på 13 TeV (tera-elektronvolt) och stora datasätt för bly-kollisioner vid en energi på 5,02 TeV. Det betyder att det finns motsvarande 1 000 år 24-timmars videoströmning lagrad i CERNs dataarkiv.
"LHC: s andra körning har varit imponerande ..." - Frédérick Bordry, CERN-chef för acceleratorer och teknik.
Den enorma cachen med data från experimenten under LHC: s andra körning dvärger upp data från första körningen, och det beror på att energinivån för collideren nästan fördubblats till 13 TeV. Det blir svårare och svårare att höja energinivån för en collider, och denna andra avstängning kommer att se energin höjd från 13 TeV till 14 TeV.
"Den andra körningen av LHC har varit imponerande, eftersom vi kunde leverera långt utöver våra mål och förväntningar och producerat fem gånger mer data än under första körningen, med den enastående energin från 13 TeV," sa Frédérick Bordry, CERN Director for Accelerators och teknik. "Med denna andra långa avstängning som börjar nu kommer vi att förbereda maskinen för ännu fler kollisioner med konstruktionsenergin på 14 TeV."
Med alla mått har LHC varit en framgång. Under flera decennier var förekomsten av Higgs-boson och Higgs-fältet den centrala frågan i fysiken. Men den teknik och teknik som krävs för att bygga en collider tillräckligt kraftfull för att hitta den var helt enkelt inte tillgänglig. Byggandet av LHC möjliggjorde upptäckten av Higgs boson 2012.
"Higgs boson är en speciell partikel ..." - Fabiola Gianotti, CERNs generaldirektör.
"Förutom många andra vackra resultat har LHC-experimenten under de senaste åren gjort enorma framsteg när det gäller förståelsen av egenskaperna hos Higgs boson," tillägger Fabiola Gianotti, CERNs generaldirektör. ”Higgs boson är en speciell partikel, mycket annorlunda än de andra elementära partiklarna som hittills observerats; dess egenskaper kan ge oss användbara indikationer om fysik utöver standardmodellen. ”
Upptäckten av den långt teoretiserade Higgs-bosonen är LHC: s krönande prestation, men inte den enda. Många delar av fysikens standardmodell var svåra att testa innan LHC byggdes. Hundratals vetenskapliga artiklar har publicerats om resultaten från LHC, och några nya partiklar har upptäckts, inklusive de exotiska pentaquarks och en ny partikel med två tunga kvarkar, med namnet “Xicc ++”.
Efter uppgraderingarna i LS2 börjar den tredje körningen. Ett av projekten under tredje loppet är projektet High-Luminosity LHC (HL-LHC). Ljusstyrka är ett av de två primära övervägandena hos kolliderare. Den första är spänning, som förbättras från 13 TeV till 14 TeV under LS2. Den andra är ljusstyrka.
Ljusstyrka innebär ett ökat antal kollisioner, och därmed mer data. Eftersom många av de saker fysiker vill observera är mycket sällsynta, ökar ett större antal kollisioner chansen att se dem. Under 2017 producerade LHC cirka tre miljoner Higgs-bosoner per år, medan High-Luminosity LHC kommer att producera minst 15 miljoner Higgs-bosoner per år. Detta är viktigt eftersom det var en enorm prestation att upptäcka Higgs-boson, men det finns fortfarande mycket fysiker som inte vet om den svårfångade partikeln. Genom att kvintuplera antalet Higgs bosons producerade, kommer fysiker att lära sig mycket.
"Den rika skörden under andra körningen gör det möjligt för forskarna att leta efter mycket sällsynta processer." - Eckhard Elsen, chef för forskning och beräkning vid CERN.
All data som lagras på CERN från LHC: s andra körning betyder att fysiker kommer att hållas upptagen under LS2. Det kan finnas saker dolda i den enorma insamlingen av data som ingen har sett ännu. Det blir ingen vila för mänsklighetens ivriga armé av partikelfysiker.
"Den rika skörden under andra körningen gör det möjligt för forskarna att leta efter väldigt sällsynta processer", sa Eckhard Elsen, chef för forskning och beräkning vid CERN. "De kommer att vara upptagna under hela avstängningen med att undersöka det enorma dataprovet för möjliga signaturer av ny fysik som inte har haft chansen att komma från det dominerande bidraget från standardmodellprocesserna. Detta kommer att leda oss in i HL-LHC när dataprovet kommer att öka med ytterligare en storleksordning. ”
- CERN Pressmeddelande: LHC förbereder sig för nya resultat
- CERN Pressmeddelande: CERNs LHCb-experiment rapporterar observationer av exotiska pentaquark-partiklar
- CERN Press Release: LHCb-experimentet är charmigt för att tillkännage observation av en ny partikel med två tunga kvarkar
- CERN-webbsida: High-Luminosity LHC
- CERN Pressmeddelande: LHC: En starkare maskin
- Wikipedia-post: Higgs boson
- CERN-webbsida: Standardmodellen
