Большой адронный коллайдер на 4 года приостановлен для масштабной модернизации

После завершения модернизации, ускоритель High Luminosity LHC должен запуститься в 2030 году, значительно увеличив объем данных и вероятность обнаружения тёмной материи

Крупнейший в мире ускоритель частиц — Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC), расположенный в Европейской организации по ядерным исследованиям CERN, с понедельника прекращает свою работу на четыре года для модернизации, которая должна существенно повысить количество столкновений частиц и улучшить возможности для поиска тёмной материи и других основных элементов Вселенной.

LHC представляет собой кольцевую подземную конструкцию длиной 27 километров, находящуюся на глубине около 100 метров на границе Швейцарии и Франции. Внутри этого сооружения сверхпроводящие магниты разгоняют протоны до крайне высоких энергий и сталкивают их в детекторах для изучения структуры материи. Именно здесь в 2012 году был обнаружен бозон Хиггса — частица, которая связана с механизмом возникновения массы у других частиц.

После остановки начнётся масштабная модернизация, по итогам которой установка получит новое название — High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). Запуск обновлённого комплекса запланирован на июнь 2030 года, а его эксплуатация будет рассчитана примерно на десять лет.

Руководитель проекта HL-LHC Маркус Церлауф отметил, что текущий этап является решающим для всей программы. По его словам, учёные продолжают искать ответы на основные вопросы физики, и предстоящие улучшения должны значительно расширить экспериментальные возможности установки.

Главная цель модернизации — увеличение так называемой светимости (luminosity), то есть количества столкновений частиц за единицу времени. Ожидается, что этот показатель возрастёт в 10 раз по сравнению с текущим уровнем LHC. Это приведёт к значительному увеличению объёма собираемых данных — до 100 раз больше по сравнению с текущими значениями.

В процессе модернизации будет заменён участок длиной около 1,2 километра ускорительного кольца. Новые сверхпроводящие магниты позволят более точно фокусировать пучки частиц, увеличивая частоту и плотность столкновений. В будущем в точке пересечения пучков будет происходить до 140–200 столкновений за один акт взаимодействия, в то время как сейчас этот показатель составляет около 60.

Такое увеличение интенсивности создаёт новую инженерную задачу: поток данных станет настолько огромным — миллиарды событий в секунду — что физически невозможно сохранить всю информацию. Поэтому отбор наиболее перспективных столкновений будет осуществляться в реальном времени с помощью систем искусственного интеллекта, которые должны выявлять события, потенциально содержащие признаки новой физики.

При этом, как подчеркивают в CERN, ИИ не заменяет физиков. Он используется как инструмент для фильтрации и первичного анализа данных, позволяя более эффективно работать с массивами информации.

Основная научная цель HL-LHC — углубление понимания фундаментальной структуры Вселенной. Современная космологическая модель предполагает, что обычная материя составляет лишь около 5% Вселенной. Остальная часть включает тёмную материю (27%) и тёмную энергию (около 68%), природа которых остаётся неизвестной.

Увеличение светимости ускорителя позволит значительно расширить поиск редких процессов, включая потенциальное рождение новых частиц и изучение характеристик бозона Хиггса. С момента своего открытия в 2012 году он остаётся ключевым элементом Стандартной модели, а его дальнейшее исследование может предоставить подсказки о процессах, происходивших в ранней Вселенной после Большого взрыва.

После модернизации HL-LHC учёные надеются получить около 380 миллионов бозонов Хиггса за всё время работы установки — против примерно 55 миллионов, зарегистрированных с момента запуска LHC в 2008 году. Одной из ключевых задач станет попытка зафиксировать одновременное рождение двух бозонов Хиггса, что позволит проверить основные предсказания теории и уточнить механизмы эволюции Вселенной.