Wielki Zderzacz Hadronów

„LHC” przekierowuje tutaj. W przypadku innych zastosowań zobacz LHC (ujednoznacznienie) .

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC)
LHC.svg
Układ kompleksu LHC
Ogólne właściwości
Typ akceleratora Synchrotron
Rodzaj wiązki proton , ciężki jon
Typ docelowy zderzak
Właściwości belki
Maksymalna energia 6,8 TeV na wiązkę (energia zderzenia 13,6 TeV)
Maksymalna jasność 1 × 10 34 /(cm 2 ⋅s)
Właściwości fizyczne
Obwód
26659 metrów (16,565 mil)
Lokalizacja Niedaleko Genewy , Szwajcaria ; przez granicę francusko-szwajcarską. Głównie we Francji.
Współrzędne
Instytucja CERN
Daty operacji 2010 – obecnie
Poprzedzony Wielki zderzacz elektronów i pozytonów

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC)
LHC.svg
Plan eksperymentów LHC i preakceleratorów.
Eksperymenty LHC
ATLAS Toroidalny aparat LHC
CMS Kompaktowy solenoid mionowy
LHCb LHC-piękno
ALICJA Eksperyment z dużym zderzaczem jonów
TOTEM Całkowity przekrój poprzeczny, rozpraszanie sprężyste i dysocjacja dyfrakcyjna
LHCf LHC do przodu
MoEDAL Detektor monopoli i egzotyków w LHC
FASER Eksperyment wyszukiwania w przód
SND Detektor rozpraszania i neutrin
Preakceleratory LHC
p i Pb Akceleratory liniowe dla protonów (Linac 4) i ołowiu (Linac 3)
(nie zaznaczone) Wzmacniacz synchrotronu protonowego
PS Synchrotron protonowy
SPS Super synchrotron protonowy
Kompleks CERN
CERN accelerator complex (cropped 2).jpeg
Obecne obiekty cząsteczkowe i jądrowe
LHC Przyspiesza protony i ciężkie jony
LEIR Przyspiesza jony
SPS Przyspiesza protony i jony
PSB Przyspiesza protony
PS Przyspiesza protony lub jony
Linak 3 Wstrzykuje ciężkie jony do LEIR
akcelerator liniowy4 Przyspiesza jony
OGŁOSZENIE Spowalnia antyprotony
ELENA Spowalnia antyprotony
IZOLA Wytwarza wiązki radioaktywnych jonów

Wielki Zderzacz Hadronów ( LHC ) to największy na świecie zderzacz cząstek o najwyższej energii . Został zbudowany przez Europejską Organizację Badań Jądrowych (CERN) w latach 1998-2008 we współpracy z ponad 10 000 naukowców oraz setkami uniwersytetów i laboratoriów, a także z ponad 100 krajów. Leży w tunelu o obwodzie 27 kilometrów (17 mil) i głębokości 175 metrów (574 stóp) pod granicą francusko-szwajcarską w pobliżu Genewy .

Pierwsze zderzenia osiągnięto w 2010 roku przy energii 3,5 teraelektronowolta (TeV) na wiązkę, czyli około cztery razy więcej niż poprzedni rekord świata. Odkrycie bozonu Higgsa w LHC zostało ogłoszone w 2012 roku. W latach 2013-2015 LHC został wyłączony i zmodernizowany; po tych ulepszeniach osiągnął 6,5 TeV na wiązkę (całkowita energia zderzenia 13 TeV). Pod koniec 2018 roku został zamknięty na trzy lata w celu dalszej modernizacji.

Zderzacz ma cztery punkty przecięcia, w których zderzają się przyspieszone cząstki. Siedem detektorów , każdy przeznaczony do wykrywania różnych zjawisk, jest rozmieszczonych wokół przejść. LHC przede wszystkim zderza wiązki protonów, ale może również przyspieszać wiązki ciężkich jonów : zderzenia ołowiu z ołowiem i zderzenia protonu z ołowiem są zwykle przeprowadzane przez jeden miesiąc w roku.

Celem LHC jest umożliwienie fizykom testowania przewidywań różnych teorii fizyki cząstek elementarnych , w tym mierzenia właściwości bozonu Higgsa, poszukiwania dużej rodziny nowych cząstek przewidywanych przez teorie supersymetryczne oraz innych nierozwiązanych kwestii w fizyce cząstek elementarnych .

Tło

Termin hadron odnosi się do subatomowych cząstek złożonych składających się z kwarków utrzymywanych razem przez siłę silną (analogicznie do sposobu, w jaki atomy i cząsteczki są utrzymywane razem przez siłę elektromagnetyczną ). Najbardziej znanymi hadronami są bariony , takie jak protony i neutrony ; hadrony obejmują również mezony , takie jak pion i kaon , które odkryto podczas eksperymentów z promieniowaniem kosmicznym w późnych latach czterdziestych i wczesnych pięćdziesiątych XX wieku.

Zderzacz to rodzaj akceleratora cząstek , który łączy ze sobą dwie przeciwstawne wiązki cząstek , tak że cząstki zderzają się. W fizyce cząstek elementarnych zderzacze, choć trudniejsze do zbudowania, są potężnym narzędziem badawczym, ponieważ docierają do znacznie wyższego środka masy energii niż ustalone konfiguracje celu . Analiza produktów ubocznych tych zderzeń dostarcza naukowcom dobrych dowodów na budowę subatomu świat i rządzące nim prawa natury. Wiele z tych produktów ubocznych powstaje tylko w wyniku zderzeń o wysokiej energii i rozkładają się one po bardzo krótkich okresach czasu. Dlatego wiele z nich jest trudnych lub prawie niemożliwych do zbadania w inny sposób.

Zamiar

Wielu fizyków ma nadzieję, że Wielki Zderzacz Hadronów pomoże odpowiedzieć na niektóre z fundamentalnych otwartych pytań w fizyce, które dotyczą podstawowych praw rządzących oddziaływaniami i siłami między obiektami elementarnymi , głębokiej struktury przestrzeni i czasu, a w szczególności wzajemnych relacji między kwantowymi mechanika i ogólna teoria względności .

Potrzebne są również dane z eksperymentów z cząstkami wysokoenergetycznymi , aby zasugerować, które wersje obecnych modeli naukowych są bardziej poprawne – w szczególności, aby wybrać między modelem standardowym a modelem Higgslessa oraz zweryfikować ich przewidywania i umożliwić dalszy rozwój teoretyczny.

Kwestie badane przez kolizje LHC obejmują:

Inne otwarte pytania, które można zbadać za pomocą zderzeń cząstek o wysokiej energii:

Projekt

Zderzacz znajduje się w okrągłym tunelu o obwodzie 26,7 km (16,6 mil), na głębokości od 50 do 175 metrów (164 do 574 stóp) pod ziemią. Różnice w głębokości były celowe, aby zmniejszyć długość tunelu leżącego pod Jurą i uniknąć konieczności wykopywania tam pionowego szybu dostępowego. Wybrano tunel, aby uniknąć konieczności zakupu drogiego gruntu na powierzchni, co miałoby również wpływ na krajobraz, oraz aby wykorzystać osłonę przed promieniowaniem tła, jaką zapewnia skorupa ziemska.

Mapa Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN

Tunel wyłożony betonem o szerokości 3,8 metra (12 stóp), zbudowany w latach 1983-1988, był wcześniej używany do przechowywania Wielkiego Zderzacza Elektronowo-Pozytonowego . Tunel przecina granicę między Szwajcarią a Francją w czterech punktach, przy czym większość z nich znajduje się we Francji. W budynkach naziemnych znajdują się urządzenia pomocnicze, takie jak sprężarki, urządzenia wentylacyjne, elektronika sterująca i instalacje chłodnicze.

Nadprzewodzące elektromagnesy kwadrupolowe służą do kierowania wiązek do czterech punktów przecięcia, w których będą zachodzić interakcje między przyspieszonymi protonami.

Tunel zderzacza zawiera dwie sąsiednie równoległe linie (lub rury wiązki ), z których każda zawiera wiązkę, która porusza się w przeciwnych kierunkach wokół pierścienia. Wiązki przecinają się w czterech punktach wokół pierścienia, w których dochodzi do zderzeń cząstek. Około 1232 magnesów dipolowych utrzymuje wiązki na ich torze kołowym (patrz zdjęcie), podczas gdy dodatkowe 392 magnesy kwadrupolowe są używane do utrzymywania skupienia wiązek, z silniejszymi magnesami kwadrupolowymi blisko punktów przecięcia, aby zmaksymalizować szanse interakcji tam, gdzie dwa belki krzyżują się. Magnesy z wyższe rzędy wielobiegunowe służą do korygowania mniejszych niedoskonałości geometrii pola. W sumie zainstalowanych jest około 10 000 magnesów nadprzewodzących , przy czym magnesy dipolowe ważą ponad 27 ton. Około 96 ton nadciekłego helu-4 jest potrzebne do utrzymania magnesów wykonanych z pokrytego miedzią niobu-tytanu w temperaturze roboczej 1,9 K (-271,25 ° C), co czyni LHC największym obiektem kriogenicznym na świecie w temperaturze cieczy temperatura helu. LHC wykorzystuje 470 ton nadprzewodnika Nb – Ti.

Podczas operacji LHC ośrodek CERN pobiera około 200 MW energii elektrycznej z francuskiej sieci elektrycznej , co dla porównania stanowi około jednej trzeciej zużycia energii w Genewie; akcelerator LHC i detektory pobierają z tego około 120 MW. Każdy dzień jego działania generuje 140 terabajtów danych.

Przy energii 6,5 TeV na proton, raz lub dwa razy dziennie, gdy protony są przyspieszane od 450 GeV do 6,5 TeV , pole nadprzewodzących magnesów dipolowych wzrasta z 0,54 do 7,7 tesli (T) . Każdy z protonów ma energię 6,5 TeV, co daje całkowitą energię zderzenia 13 TeV. Przy tej energii protony mają współczynnik Lorentza około 6930 i poruszają się z prędkością około   0,999 999 990 c , czyli około 3,1 m/s (11 km/h) wolniej niż prędkość światła ( c ). Przebycie 26,7 km wokół głównego pierścienia zajmuje protonowi mniej niż 90 mikrosekund (μs) . Powoduje to 11 245 obrotów na sekundę dla protonów, niezależnie od tego, czy cząstki mają niską, czy wysoką energię w głównym pierścieniu, ponieważ różnica prędkości między tymi energiami przekracza piątą część dziesiętną.

Zamiast ciągłych wiązek, protony są skupione razem w maksymalnie 2808 wiązek , po 115 miliardów protonów w każdej wiązce, dzięki czemu interakcje między dwiema wiązkami zachodzą w dyskretnych odstępach czasu, głównie w odstępach 25 nanosekund (ns) , zapewniając kolizję wiązki częstotliwość 40 MHz. W pierwszych latach był eksploatowany z mniejszą liczbą kiści. Projektowa jasność LHC wynosi 10 34 cm -2 s -1 i po raz pierwszy została osiągnięta w czerwcu 2016 r. Do 2017 r. osiągnięto dwukrotnie tę wartość.

Protony LHC pochodzą z małego czerwonego zbiornika wodoru.

Przed wstrzyknięciem do głównego akceleratora cząstki są przygotowywane przez szereg systemów, które sukcesywnie zwiększają ich energię. Pierwszym systemem jest liniowy akcelerator cząstek Linac4 generujący 160 MeV ujemne jony wodoru (jony H − ), który zasila Proton Synchrotron Booster (PSB). Tam oba elektrony są usuwane z jonów wodorowych, pozostawiając tylko jądro zawierające jeden proton. Protony są następnie przyspieszane do 2 GeV i wstrzykiwane do synchrotronu protonowego (PS), gdzie są przyspieszane do 26 GeV. Wreszcie super synchrotron protonowy (SPS) służy do dalszego zwiększania ich energii do 450 GeV, zanim zostaną one w końcu wstrzyknięte (przez kilka minut) do głównego pierścienia. Tutaj wiązki protonów są gromadzone, przyspieszane (przez okres 20 minut ) do ich szczytowej energii i ostatecznie krążą przez 5 do 24 godzin , podczas gdy zderzenia zachodzą w czterech punktach przecięcia.

Program fizyki LHC opiera się głównie na zderzeniach proton-proton. Jednak podczas krótszych okresów działania, zwykle jednego miesiąca w roku, program obejmuje zderzenia ciężkich jonów. Podczas gdy lżejsze jony są również brane pod uwagę, schemat podstawowy dotyczy ołowiu (patrz Eksperyment z dużym zderzaczem jonów ). Jony ołowiu są najpierw przyspieszane przez akcelerator liniowy LINAC 3 i pierścień jonowy o niskiej energii (LEIR) jest używany jako jednostka do przechowywania i chłodzenia jonów. Jony są następnie przyspieszane przez PS i SPS przed wstrzyknięciem do pierścienia LHC, gdzie osiągają energię 2,3 TeV na nukleon (lub 522 TeV na jon), wyższą niż energie osiągane przez Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów . Celem programu ciężkich jonów jest zbadanie plazmy kwarkowo-gluonowej , która istniała we wczesnym wszechświecie .

Detektory

Zobacz też: Lista eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów

W LHC zbudowano dziewięć detektorów, zlokalizowanych pod ziemią w dużych jaskiniach wykopanych w punktach przecięcia LHC. Dwa z nich, eksperyment ATLAS i Compact Muon Solenoid (CMS), to duże detektory cząstek ogólnego przeznaczenia . ALICE i LHCb mają bardziej wyspecjalizowane role, a pozostałych pięciu, TOTEM , MoEDAL , LHCf , SND i FASER , są znacznie mniejsze i przeznaczone do bardzo specjalistycznych badań. Eksperymenty ATLAS i CMS odkryły bozon Higgsa, co jest mocnym dowodem na to, że Model Standardowy ma prawidłowy mechanizm nadawania masy cząstkom elementarnym.

Detektor CMS dla LHC

Zaplecze obliczeniowe i analityczne

Główny artykuł: Światowa sieć obliczeniowa LHC

Dane generowane przez LHC, a także symulacje związane z LHC, oszacowano na około 15 petabajtów rocznie (maksymalna przepustowość podczas pracy nie została podana) - samo w sobie duże wyzwanie w tamtym czasie.

Siatka obliczeniowa LHC została zbudowana jako część projektu LHC, aby obsłużyć ogromne ilości danych oczekiwanych w przypadku kolizji. Jest to międzynarodowy projekt współpracy, który składa się z infrastruktury sieci komputerowej opartej na siatce, początkowo łączącej 140 centrów obliczeniowych w 35 krajach (ponad 170 w 36 krajach od 2012 r.). Został zaprojektowany przez CERN do obsługi znacznych ilości danych generowanych przez eksperymenty LHC, obejmujących zarówno prywatne łącza światłowodowe, jak i istniejące części publicznego Internetu o dużej przepustowości aby umożliwić transfer danych z CERN-u do instytucji akademickich na całym świecie. Open Science Grid jest wykorzystywana jako podstawowa infrastruktura w Stanach Zjednoczonych, a także jako część interoperacyjnej federacji z LHC Computing Grid.

Projekt przetwarzania rozproszonego LHC@home został uruchomiony w celu wsparcia budowy i kalibracji LHC. Projekt wykorzystuje BOINC , umożliwiając każdemu, kto ma połączenie z Internetem i komputer z systemem Mac OS X , Windows lub Linux , wykorzystanie czasu bezczynności komputera do symulacji przemieszczania się cząstek w rurach wiązki. Dzięki tym informacjom naukowcy są w stanie określić, w jaki sposób należy skalibrować magnesy, aby uzyskać najbardziej stabilną „orbitę” wiązek w pierścieniu. W sierpniu 2011 r. Uruchomiono drugą aplikację (Test4Theory), która przeprowadza symulacje, z którymi porównuje rzeczywiste dane testowe, aby określić poziomy ufności wyników.

przeanalizowano dane z ponad 6 biliardów ( 6 × 10 15 ) kolizji LHC proton-proton, dane o kolizjach LHC były generowane z prędkością około 25 petabajtów rocznie, a sieć obliczeniowa LHC stała się największą na świecie sieć obliczeniowa w 2012 r. , obejmujący ponad 170 obiektów obliczeniowych w ogólnoświatowej sieci w 36 krajach.

Historia operacyjna

raz pierwszy zaczął działać 10 września 2008 r ., Ale wstępne testy zostały opóźnione o 14 miesięcy od 19 września 2008 r .

Podczas swojego pierwszego uruchomienia (2010–2013) LHC zderzył dwie przeciwstawne wiązki cząstek protonów o energii do 4 teraelektronowoltów (4 TeV lub 0,64 mikrodżuli ) lub jąder ołowiu ( 574 TeV na jądro lub 2,76 TeV na nukleon ). Jej pierwsze odkrycia obejmowały długo poszukiwany bozon Higgsa , kilka cząstek złożonych ( hadronów ), takich jak stan dna χ b (3P) , pierwsze stworzenie 0 plazma kwarkowo-gluonowa oraz pierwsze obserwacje bardzo rzadkiego rozpadu mezonu B s na dwa miony (B s → μ + μ − ), co podważyło słuszność istniejących modeli supersymetrii .

Budowa

Wyzwania operacyjne

Rozmiary LHC stanowią wyjątkowe wyzwanie inżynierskie z wyjątkowymi problemami operacyjnymi ze względu na ilość energii zmagazynowanej w magnesach i wiązkach. Podczas pracy całkowita energia zmagazynowana w magnesach wynosi 10 GJ (2400 kilogramów trotylu), a całkowita energia przenoszona przez dwie wiązki osiąga 724 MJ (173 kilogramy trotylu).

Utrata tylko jednej dziesięciomilionowej części (10-7 ) wiązki jest wystarczająca do wygaszenia magnesu nadprzewodzącego , podczas gdy każdy z dwóch zrzutów wiązki musi pochłonąć 362 MJ (87 kilogramów trotylu). Energie te są przenoszone przez bardzo małą materię: w nominalnych warunkach pracy (2808 wiązek na wiązkę, 1,15×10 11 protonów na wiązkę) rurki wiązki zawierają 1,0×10-9 gramów wodoru, co w standardowych warunkach temperatury i ciśnienia , wypełniłoby objętość jednego ziarenka drobnego piasku.

Koszt

Zobacz też: Lista megaprojektów

Z budżetem w wysokości 7,5 miliarda euro (około 9 miliardów dolarów lub 6,19 miliarda funtów w czerwcu 2010 r.), LHC jest jednym z najdroższych instrumentów naukowych, jakie kiedykolwiek zbudowano. Oczekuje się, że całkowity koszt projektu wyniesie około 4,6 mld franków szwajcarskich (SFr) (około 4,4 mld USD, 3,1 mld EUR lub 2,8 mld GBP w styczniu 2010 r.) na akcelerator i 1,16 mld (SFr) ( ok. 1,1 mld USD, 0,8 mld EUR lub 0,7 mld GBP w styczniu 2010 r.) za wkład CERN w eksperymenty.

Budowę LHC zatwierdzono w 1995 roku z budżetem 2,6 mld franków szwajcarskich, z dodatkowymi 210 milionami franków szwajcarskich na eksperymenty. Jednak przekroczenie kosztów, oszacowane w dużym przeglądzie w 2001 r. na około 480 mln SFr na akcelerator i 50 mln SFr na eksperymenty, wraz z redukcją budżetu CERN-u, przesunęło termin zakończenia z 2005 r. na kwiecień 2007 r. Magnesy nadprzewodzące były odpowiedzialne za 180 mln SFr wzrostu kosztów. Wystąpiły również dalsze koszty i opóźnienia spowodowane trudnościami inżynieryjnymi napotkanymi podczas budowy jaskini dla kompaktowego solenoidu mionowego , a także z powodu wsporników magnetycznych, które nie były wystarczająco mocne i nie przeszły wstępnych testów (2007) oraz uszkodzeń spowodowanych hartowaniem magnesu i wyciekiem ciekłego helu (testy inauguracyjne, 2008) (patrz: Wypadki budowlane i opóźnienia ) . Ponieważ koszty energii elektrycznej są niższe latem, LHC zwykle nie działa w miesiącach zimowych, chociaż wprowadzono wyjątki w zimie 2009/10 i 2012/2013, aby nadrobić opóźnienia w uruchomieniu w 2008 roku i poprawić precyzję pomiarów nowej cząstki odkrytej odpowiednio w 2012 roku.

Wypadki budowlane i opóźnienia

  • W dniu 25 października 2005 r. José Pereira Lages, technik, zginął w LHC, kiedy spadła na niego transportowana rozdzielnica .
  • W dniu 27 marca 2007 r. wspornik magnesu kriogenicznego zaprojektowany i dostarczony przez Fermilab i KEK pękł podczas wstępnej próby ciśnieniowej z udziałem jednego z wewnętrznych zespołów magnesów trypletowych LHC (ogniskujący kwadrupol). Nikt nie został ranny. Dyrektor Fermilab, Pier Oddone, stwierdził: „W tym przypadku jesteśmy zdumieni, że przegapiliśmy bardzo prostą równowagę sił”. Wada była obecna w pierwotnym projekcie i pozostała podczas czterech przeglądów technicznych w następnych latach. Analiza wykazała, że ​​jego konstrukcja, wykonana tak cienka, jak to tylko możliwe, aby zapewnić lepszą izolację, nie była wystarczająco mocna, aby wytrzymać siły generowane podczas prób ciśnieniowych. Szczegóły można znaleźć w oświadczeniu firmy Fermilab, z którą zgadza się CERN. Naprawa zepsutego magnesu i wzmocnienie ośmiu identycznych zespołów używanych przez LHC opóźniło datę uruchomienia, którą zaplanowano na listopad 2007 roku.
  • W dniu 19 września 2008 r., podczas wstępnych testów, wadliwe połączenie elektryczne doprowadziło do wygaszania magnesu (nagła utrata zdolności nadprzewodnictwa magnesu nadprzewodzącego z powodu ocieplenia lub wpływu pola elektrycznego ). Sześć ton przechłodzonego ciekłego helu - używanego do chłodzenia magnesów - uciekło z siłą wystarczającą do oderwania 10-tonowych magnesów w pobliżu od ich mocowań i spowodowało znaczne uszkodzenie i zanieczyszczenie rury próżniowej. Naprawy i kontrole bezpieczeństwa spowodowały opóźnienie o około 14 miesięcy.
  • W lipcu 2009 roku wykryto dwa wycieki próżni, a rozpoczęcie działalności przesunięto na połowę listopada 2009 roku.

Wykluczenie Rosji

Wraz z inwazją Rosji na Ukrainę w 2022 roku udział Rosjan w CERN został zakwestionowany. Około 8% siły roboczej jest narodowości rosyjskiej. W czerwcu 2022 r. CERN poinformował, że rada zarządzająca „zamierza rozwiązać” umowy o współpracy CERN z Białorusią i Rosją, gdy wygasną one odpowiednio w czerwcu i grudniu 2024 r. CERN powiedział, że będzie monitorował rozwój wydarzeń na Ukrainie i pozostaje gotowy do podjęcia dodatkowych kroków. uzasadnione. CERN powiedział ponadto, że obniży ukraińską składkę do CERN za 2022 r. do kwoty już przekazanej Organizacji, rezygnując tym samym z drugiej raty składki.

Początkowe dolne prądy magnesów

Główny artykuł: magnes nadprzewodzący § „Trening” magnesu

W obu swoich uruchomieniach (2010-2012 i 2015) LHC początkowo pracował przy energiach poniżej planowanej energii operacyjnej i zwiększył energię do zaledwie 2 x 4 TeV przy pierwszym uruchomieniu i 2 x 6,5 TeV przy drugim uruchomieniu, poniżej energii projektowej 2 x 7 TeV. Dzieje się tak dlatego, że masywne magnesy nadprzewodzące wymagają znacznego treningu magnesu , aby poradzić sobie z wysokimi prądami bez utraty zdolności nadprzewodnictwa , a wysokie prądy są niezbędne, aby umożliwić wysoką energię protonów. Proces „treningu” polega na wielokrotnym uruchamianiu magnesów przy niższych prądach, aby wywołać wszelkie oziębienia lub drobne ruchy, które mogą wyniknąć. Schłodzenie magnesów do temperatury roboczej około 1,9 zajmuje również trochę czasu K (blisko zera absolutnego ). Z biegiem czasu magnes „osadza się” i przestaje gasić przy tych mniejszych prądach i może obsłużyć pełny prąd projektowy bez gaszenia; Media CERN opisują magnesy jako „wytrząsające” nieuniknione drobne niedoskonałości produkcyjne w ich kryształach i pozycjach, które początkowo osłabiały ich zdolność do obsługi zaplanowanych prądów. Magnesy, z biegiem czasu i przy treningu, stopniowo stają się zdolne do obsługiwania swoich pełnych zaplanowanych prądów bez gaszenia.

Testy inauguracyjne (2008)

Pierwsza wiązka przeszła przez zderzacz rankiem 10 września 2008 r. CERN z powodzeniem wystrzelił protony wokół tunelu etapami, po trzy kilometry na raz. Cząsteczki zostały wystrzelone zgodnie z ruchem wskazówek zegara do akceleratora i pomyślnie ominęły go o godzinie 10:28 czasu lokalnego. LHC pomyślnie zakończył swój główny test: po serii prób, na ekranie komputera zamigotały dwie białe kropki, pokazujące, że protony przebyły całą długość zderzacza. Poprowadzenie strumienia cząstek wokół jego inauguracyjnego obwodu zajęło mniej niż godzinę. Następnie CERN pomyślnie wysłał wiązkę protonów w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, co zajęło nieco więcej czasu i wyniosło półtorej godziny z powodu problemu z kriogenika , a pełny obwód został zakończony o 14:59.

Incydent z gaszeniem

W dniu 19 września 2008 r. W około 100 magnesach zginających się w sektorach 3 i 4 doszło do hartowania magnesu , gdzie usterka elektryczna doprowadziła do utraty około sześciu ton ciekłego helu ( kriogenicznego chłodziwa magnesów ), który został odprowadzony do tunelu. Uciekająca para rozszerzyła się z siłą wybuchu, uszkadzając łącznie 53 magnesy nadprzewodzące i ich mocowania oraz zanieczyszczając rurę próżniową , która również utraciła warunki próżniowe.

Wkrótce po incydencie CERN poinformował, że najbardziej prawdopodobną przyczyną problemu było wadliwe połączenie elektryczne między dwoma magnesami, a ze względu na czas potrzebny na rozgrzanie dotkniętych sektorów, a następnie schłodzenie ich z powrotem do temperatury roboczej naprawa zajmie co najmniej dwa miesiące. CERN opublikował tymczasowy raport techniczny i wstępną analizę incydentu odpowiednio w dniach 15 i 16 października 2008 r. oraz bardziej szczegółowy raport w dniu 5 grudnia 2008 r. Analiza incydentu przeprowadzona przez CERN potwierdziła, że ​​przyczyną rzeczywiście była usterka elektryczna. Wadliwe połączenie elektryczne doprowadziło (prawidłowo) do zabezpieczenia przed awarią przerwanie zasilania systemów elektrycznych zasilających magnesy nadprzewodzące, ale spowodowało również łuk elektryczny (lub wyładowanie), które uszkodziło integralność obudowy przechłodzonego helu i izolacji próżniowej, powodując gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia chłodziwa poza zdolność bezpieczeństwa systemów, aby go powstrzymać, co prowadzi do wzrostu temperatury o około 100 stopni Celsjusza w niektórych dotkniętych magnesach. Energia zmagazynowana w magnesach nadprzewodzących i szum elektryczny indukowany w innych detektorach tłumienia również odegrały rolę w szybkim nagrzewaniu. Około dwóch tony ciekłego helu wydostały się wybuchowo, zanim detektory uruchomiły zatrzymanie awaryjne, a kolejne cztery tony wyciekły przy niższym ciśnieniu w następstwie. Łącznie 53 magnesy zostały uszkodzone w wyniku incydentu i zostały naprawione lub wymienione podczas zimowego przestoju. Wypadek ten został dokładnie omówiony w Lucio Rossi z CERN-u, opublikowanym 22 lutego 2010 r. w artykule Superconductor Science and Technology .

W pierwotnym harmonogramie uruchomienia LHC, pierwsze „skromne” wysokoenergetyczne zderzenia w środku masy o energii 900 GeV miały nastąpić przed końcem września 2008 r., a LHC miał działać o godzinie 10:00. TeV do końca 2008 r. Jednak z powodu opóźnienia spowodowanego incydentem zderzacz nie działał aż do listopada 2009 r. Pomimo opóźnienia LHC został oficjalnie zainaugurowany 21 października 2008 r. w obecności przywódców politycznych, ministrów nauki m.in. 20 państw członkowskich CERN, urzędnicy CERN i członkowie światowej społeczności naukowej.

Większość 2009 roku poświęcono na naprawy i przeglądy uszkodzeń spowodowanych incydentem gaszenia, wraz z dwoma kolejnymi wyciekami próżni zidentyfikowanymi w lipcu 2009; to przesunęło rozpoczęcie działalności na listopad tego roku.

Przebieg 1: pierwszy przebieg operacyjny (2009–2013)

Seminarium na temat fizyki LHC prowadzone przez Johna Iliopoulosa (2009).

W dniu 20 listopada 2009 r. niskoenergetyczne wiązki krążyły w tunelu po raz pierwszy od incydentu, a wkrótce potem, 30 listopada, LHC osiągnął 1,18 TeV na wiązkę, stając się akceleratorem cząstek o najwyższej energii na świecie, pokonując Tevatron . poprzedni rekord 0,98 TeV na wiązkę utrzymywany przez osiem lat.

Na początku 2010 roku obserwowano ciągły wzrost energii wiązki i wczesne eksperymenty fizyczne do 3,5 TeV na wiązkę, a 30 marca 2010 roku LHC ustanowił nowy rekord zderzeń wysokoenergetycznych, zderzając wiązki protonów o łącznej energii poziom 7 TeV. Próba była trzecią tego dnia, po dwóch nieudanych próbach, w których trzeba było „zrzucić” protony ze zderzacza i wprowadzić nowe wiązki. Oznaczało to również początek głównego programu badawczego.

Pierwsza seria protonów zakończyła się 4 listopada 2010 r. Seria z jonami ołowiu rozpoczęła się 8 listopada 2010 r., a zakończyła 6 grudnia 2010 r., umożliwiając eksperymentowi ALICE badanie materii w ekstremalnych warunkach podobnych do tych, które miały miejsce wkrótce po Wielkim Wybuchu.

CERN pierwotnie planował, że LHC będzie działać do końca 2012 r., z krótką przerwą pod koniec 2011 r., aby umożliwić zwiększenie energii wiązki z 3,5 do 4 TeV na wiązkę. Pod koniec 2012 roku planowano tymczasowe wyłączenie LHC do około 2015 roku, aby umożliwić modernizację do planowanej energii wiązki 7 TeV na wiązkę. Pod koniec 2012 r., w świetle odkrycia bozonu Higgsa w lipcu 2012 r., wyłączenie zostało przełożone o kilka tygodni na początek 2013 r., aby umożliwić uzyskanie dodatkowych danych przed wyłączeniem.

Długie wyłączenie 1 (2013–2015)

Sekcja LHC

LHC został wyłączony w dniu 13 lutego 2013 r. z powodu dwuletniej modernizacji o nazwie Long Shutdown 1 (LS1), która miała dotyczyć wielu aspektów LHC: umożliwianie kolizji przy energii 14 TeV, ulepszanie jego detektorów i akceleratorów wstępnych (Proton Synchrotron i Super Proton Synchrotron), a także wymianę systemu wentylacji i 100 km (62 mil) okablowania uszkodzonego przez kolizje o wysokiej energii od pierwszego uruchomienia. Zmodernizowany zderzacz rozpoczął długi proces rozruchu i testów w czerwcu 2014 r., przy czym Proton Synchrotron Booster rozpoczął się 2 czerwca 2014 r., ostateczne połączenie między magnesami a krążącymi cząstkami synchrotronu protonowego zostało ukończone 18 czerwca 2014 r., a pierwsza sekcja główny układ supermagnesów LHC osiągający temperaturę roboczą 1,9 K (-271,25 ° C) kilka dni później. Ze względu na powolny postęp z „trenując” magnesy nadprzewodzące, postanowiono rozpocząć drugi bieg z niższą energią 6,5 TeV na wiązkę, co odpowiada prądowi 11 000 amperów . Zgłoszono, że pierwszy z głównych magnesów LHC został pomyślnie wyszkolony do 9 grudnia 2014 r., Podczas gdy szkolenie pozostałych sektorów magnesów zakończono w marcu 2015 r.

Przebieg 2: drugi przebieg operacyjny (2015–2018)

W dniu 5 kwietnia 2015 r. LHC został ponownie uruchomiony po dwuletniej przerwie, podczas której złącza elektryczne między magnesami zginającymi zostały zmodernizowane, aby bezpiecznie obsługiwać prąd wymagany dla 7 TeV na wiązkę (energia zderzenia 14 TeV). Jednak magnesy zginające zostały przeszkolone tylko do obsługi do 6,5 TeV na wiązkę (energia zderzenia 13 TeV), co stało się energią roboczą na lata 2015-2018. Energię osiągnięto po raz pierwszy 10 kwietnia 2015 r. Kulminacją ulepszeń było zderzenie protonów ze sobą o łącznej energii 13 TeV. W dniu 3 czerwca 2015 r. LHC zaczął dostarczać dane fizyczne po prawie dwóch latach w trybie offline. W kolejnych miesiącach służyła do zderzeń proton-proton, w listopadzie maszyna przestawiła się na zderzenia jonów ołowiu, aw grudniu rozpoczął się zwykły zimowy postój.

W 2016 roku operatorzy maszyny skupili się na zwiększeniu jasności dla zderzeń proton-proton. Wartość projektowa została po raz pierwszy osiągnięta 29 czerwca, a dalsze ulepszenia zwiększyły współczynnik kolizji do 40% powyżej wartości projektowej. Łączna liczba kolizji w 2016 roku przekroczyła liczbę z Przebiegu 1 – przy wyższej energii na zderzenie. Po biegu proton-proton nastąpiły cztery tygodnie zderzeń proton-ołów.

W 2017 roku jasność została jeszcze bardziej zwiększona i osiągnęła dwukrotnie wartość projektową. Również łączna liczba kolizji była wyższa niż w 2016 roku.

Bieg fizyki 2018 rozpoczął się 17 kwietnia i zakończył się 3 grudnia, w tym cztery tygodnie kolizji ołowiu z ołowiem.

Długie wyłączenie 2 (2018–2022)

Long Shutdown 2 (LS2) rozpoczął się 10 grudnia 2018 r. LHC i cały kompleks akceleratorów CERN były konserwowane i modernizowane. Celem modernizacji było wdrożenie High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC), który zwiększy jasność 10-krotnie. LS2 zakończył się w kwietniu 2022 r. Długie wyłączenie 3 (LS3) w latach 20. nastąpi przed zakończeniem projektu HL-LHC.

Przebieg 3: trzeci przebieg operacyjny (2022)

LHC ponownie zaczął działać 22 kwietnia 2022 r. Z nową maksymalną energią wiązki 6,8 TeV (energia zderzenia 13,6 TeV), którą po raz pierwszy osiągnięto 25 kwietnia. Oficjalnie rozpoczął swój trzeci sezon fizyczny 5 lipca 2022 r. Oczekuje się, że ta runda potrwa do 2026 r. Oczekuje się, że oprócz wyższej energii LHC osiągnie wyższą jasność, która ma jeszcze wzrosnąć wraz z modernizacją do HL-LHC po przebiegu 3.

Harmonogram operacji

Poza modelem standardowym
CMS Higgs-event.jpg
Symulowane dane z detektora cząstek CMS z Wielkiego Zderzacza Hadronów przedstawiające bozon Higgsa wytwarzany przez zderzenie protonów rozpadających się na dżety hadronów i elektrony
Model standardowy
Dowód
teorie
Supersymetria
Grawitacja kwantowa
Eksperymenty
Data Wydarzenie
10 września 2008 r CERN pomyślnie wystrzelił pierwsze protony w całym obwodzie tunelu etapami.
19 września 2008 r Hartowanie magnetyczne wystąpiło w około 100 magnesach zginających się w sektorach 3 i 4, powodując utratę około 6 ton ciekłego helu .
30 września 2008 r pierwsze „skromne” zderzenia wysokoenergetyczne, ale przełożono je z powodu wypadku.
16 października 2008 r CERN opublikował wstępną analizę wypadku.
21 października 2008 r Oficjalna inauguracja.
5 grudnia 2008 r CERN opublikował szczegółową analizę.
20 listopada 2009 Po raz pierwszy od wypadku w tunelu pojawiły się niskoenergetyczne wiązki.
23 listopada 2009 Pierwsze zderzenia cząstek we wszystkich czterech detektorach przy 450 GeV.
30 listopada 2009 LHC staje się akceleratorem cząstek o najwyższej energii na świecie, osiągając 1,18 TeV na wiązkę, pobijając poprzedni rekord Tevatron wynoszący 0,98 TeV na wiązkę utrzymywany przez osiem lat.
15 grudnia 2009 Pierwsze wyniki naukowe obejmujące 284 kolizje w detektorze ALICE .
30 marca 2010 r Dwie wiązki zderzyły się przy 7 TeV (3,5 TeV na wiązkę) w LHC o godzinie 13:06 CEST, rozpoczynając program badawczy LHC.
8 listopada 2010 r Rozpoczęcie pierwszego przebiegu z jonami ołowiu.
6 grudnia 2010 r Koniec serii z jonami ołowiu. Zamknięcie do początku 2011 roku.
13 marca 2011 r Początek biegu 2011 z wiązkami protonów.
21 kwietnia 2011 r LHC staje się akceleratorem hadronów o najwyższej jasności na świecie, osiągając szczytową jasność 4,67·10 32 cm -2 s -1 , pobijając poprzedni rekord Tevatron wynoszący 4·10 32 cm -2 s -1 utrzymywany przez rok.
24 maja 2011 r ALICE donosi, że plazma kwarkowo-gluonowa została uzyskana przy wcześniejszych zderzeniach ołowiu.
17 czerwca 2011 r Eksperymenty o dużej jasności ATLAS i CMS osiągają 1 fb -1 zebranych danych.
14 października 2011 r LHCb osiąga 1 fb -1 zebranych danych.
23 października 2011 r Eksperymenty z dużą jasnością ATLAS i CMS osiągają 5 fb -1 zebranych danych.
listopad 2011 Drugi przebieg z jonami ołowiu.
22 grudnia 2011 r denny χ b (3P) , zaobserwowane podczas zderzeń proton-proton w 2011 r.
5 kwietnia 2012 r Pierwsze kolizje z belkami stabilnymi w 2012 roku po zimowym przestoju. Energia wzrasta do 4 TeV na wiązkę (8 TeV w zderzeniach).
4 lipca 2012 r Pierwsze odkrycie nowej cząstki elementarnej, zaobserwowanie nowego bozonu, który jest „zgodny” z teoretycznym bozonem Higgsa . (Teraz zostało to potwierdzone jako sam bozon Higgsa).
8 listopada 2012 r 0 Pierwsza obserwacja bardzo rzadkiego rozpadu mezonu Bs na dwa miony (Bs → μ + μ - ), główny test teorii supersymetrii , pokazuje wyniki przy 3,5 sigma, które pasują raczej do Modelu Standardowego niż do wielu jego supersymetrycznych warianty.
20 stycznia 2013 r Początek pierwszego przebiegu zderzenia protonów z jonami ołowiu.
11 lutego 2013 r Koniec pierwszego przebiegu zderzenia protonów z jonami ołowiu.
14 lutego 2013 r Rozpoczęcie pierwszego długiego wyłączenia w celu przygotowania zderzacza na wyższą energię i jasność.
Długie wyłączenie 1
7 marca 2015 r Testy iniekcji dla Run 2 wysyłają protony w kierunku LHCb i ALICE
5 kwietnia 2015 r Obie wiązki krążyły w zderzaczu. Cztery dni później osiągnięto nowy rekord energii 6,5 TeV na proton.
20 maja 2015 r Protony zderzyły się w LHC z rekordową energią zderzenia 13 TeV.
3 czerwca 2015 r Rozpoczęcie dostarczania danych fizycznych po prawie dwóch latach offline do ponownego uruchomienia.
4 listopada 2015 r Koniec zderzeń protonów w 2015 roku, rozpoczęcie przygotowań do zderzeń jonów.
listopad 2015 r Zderzenia jonów przy rekordowej energii ponad 1 PeV (10 15 eV)
13 grudnia 2015 r Koniec zderzeń jonów w 2015 roku
23 kwietnia 2016 r Rozpoczyna się zbieranie danych w 2016 r
29 czerwca 2016 r LHC osiąga jasność równą 1,0 · 10 34 cm -2 s -1 , swoją wartość projektową. Dalsze ulepszenia w ciągu roku zwiększyły jasność do 40% powyżej wartości projektowej.
26 października 2016 r Zderzenia proton-proton pod koniec 2016 roku
10 listopada 2016 r Początek 2016 zderzeń proton-ołów
3 grudnia 2016 r Zderzenia proton-ołów pod koniec 2016 roku
24 maja 2017 r Początek zderzeń proton-proton w 2017 roku. W 2017 roku jasność wzrosła dwukrotnie w stosunku do wartości projektowej.
10 listopada 2017 r Koniec zwykłego trybu kolizji proton-proton w 2017 roku.
17 kwietnia 2018 r Początek zderzeń proton-proton w 2018 roku.
12 listopada 2018 r Koniec 2018 operacji protonowych w CERN.
3 grudnia 2018 r Koniec 2018 r. Uruchomienie jonów ołowiu.
10 grudnia 2018 r Koniec operacji fizyki 2018 i początek Long Shutdown 2.
Długie wyłączenie 2
22 kwietnia 2022 r LHC ponownie zaczyna działać.

Znaleziska i odkrycia

Początkowym celem badań było zbadanie możliwego istnienia bozonu Higgsa , kluczowej części Modelu Standardowego fizyki, który został przewidziany przez teorię, ale nie został jeszcze zaobserwowany ze względu na jego dużą masę i nieuchwytny charakter. Naukowcy z CERN oszacowali, że jeśli Model Standardowy byłby poprawny, LHC produkowałby kilka bozonów Higgsa na minutę, co pozwoliłoby fizykom ostatecznie potwierdzić lub obalić istnienie bozonu Higgsa. Ponadto LHC umożliwił poszukiwanie cząstek supersymetrycznych i inne hipotetyczne cząstki jako możliwe nieznane dziedziny fizyki. Niektóre rozszerzenia Modelu Standardowego przewidują dodatkowe cząstki, takie jak ciężkie bozony cechowania W' i Z' , które, jak się szacuje, również znajdują się w zasięgu LHC do odkrycia.

Pierwszy bieg (dane z lat 2009–2013)

Pierwsze wyniki fizyki z LHC, obejmujące 284 zderzenia, które miały miejsce w detektorze ALICE , zostały zgłoszone 15 grudnia 2009 r. Wyniki pierwszych zderzeń proton-proton przy energiach wyższych niż zderzenia proton-antyproton Fermilab Tevatron zostały opublikowane przez CMS współpracę na początku lutego 2010 r., przynosząc większą niż przewidywano produkcję naładowanych hadronów .

Po pierwszym roku gromadzenia danych eksperymentalna współpraca LHC zaczęła publikować wstępne wyniki dotyczące poszukiwań nowej fizyki poza modelem standardowym w zderzeniach proton-proton. W danych z 2010 roku nie wykryto żadnych dowodów na istnienie nowych cząstek. W rezultacie wyznaczono granice dozwolonej przestrzeni parametrów różnych rozszerzeń Modelu Standardowego, takich jak modele z dużymi dodatkowymi wymiarami , ograniczone wersje Minimalnego Supersymetrycznego Modelu Standardowego i inne.

W dniu 24 maja 2011 r. Poinformowano, że w LHC powstała plazma kwarkowo-gluonowa (najgęstsza materia, o której sądzi się, że istnieje poza czarnymi dziurami ).

Diagram Feynmana przedstawiający jeden ze sposobów wytwarzania bozonu Higgsa w LHC. Tutaj każdy z dwóch kwarków emituje bozon W lub Z , które razem tworzą neutralny Higgs.

Między lipcem a sierpniem 2011 r. wyniki poszukiwań bozonu Higgsa i cząstek egzotycznych na podstawie danych zebranych w pierwszej połowie 2011 r. zostały zaprezentowane na konferencjach w Grenoble i Bombaju. Na ostatniej konferencji poinformowano, że pomimo wskazówek dotyczących sygnału Higgsa we wcześniejszych danych, ATLAS i CMS wykluczają z 95% poziomem ufności (przy użyciu CL metoda) istnienie bozonu Higgsa o ​​właściwościach przewidywanych przez Model Standardowy dla większości obszaru masy między 145 a 466 GeV. Poszukiwania nowych cząstek również nie dały sygnałów, co pozwoliło na dalsze ograniczenie przestrzeni parametrów różnych rozszerzeń Modelu Standardowego, w tym jego rozszerzeń supersymetrycznych .

W dniu 13 grudnia 2011 r. CERN poinformował, że bozon Higgsa Modelu Standardowego, jeśli istnieje, najprawdopodobniej będzie miał masę ograniczoną do zakresu 115–130 GeV. Zarówno detektory CMS, jak i ATLAS wykazały również piki intensywności w zakresie 124–125 GeV, zgodne z szumem tła lub obserwacją bozonu Higgsa.

W dniu 22 grudnia 2011 r. Poinformowano, że zaobserwowano nową cząstkę złożoną, stan dna χ b (3P) .

4 lipca 2012 r. zespoły CMS i ATLAS ogłosiły odkrycie bozonu w obszarze masowym około 125–126 GeV, o istotności statystycznej na poziomie 5 sigma . Spełnia to formalny poziom wymagany do ogłoszenia nowej cząstki. Zaobserwowane właściwości były zgodne z bozonem Higgsa, ale naukowcy byli ostrożni co do tego, czy jest on formalnie zidentyfikowany jako bozon Higgsa, do czasu dalszej analizy. 14 marca 2013 r. CERN ogłosił potwierdzenie, że obserwowana cząstka rzeczywiście była przewidywanym bozonem Higgsa.

W dniu 8 listopada 2012 r. Zespół LHCb poinformował o eksperymencie postrzeganym jako „złoty” test teorii supersymetrii w fizyce, polegający na pomiarze bardzo rzadkiego rozpadu mezonu na dwa miony ( . Wyniki zgodne z przewidywaniami niesymetrycznego Modelu Standardowego zamiast przewidywań wielu gałęzi supersymetrii, pokaż, że rozpady są mniej powszechne niż przewidują niektóre formy supersymetrii, chociaż nadal mogą pasować do przewidywań innych wersji teorii supersymetrii. Stwierdzono, że wyniki w pierwotnej wersji są niewystarczające do udowodnienia, ale mają stosunkowo wysoki poziom istotności 3,5 sigma . Wynik został później potwierdzony przez współpracę CMS.

W sierpniu 2013 r. zespół LHCb ujawnił anomalię w rozkładzie kątowym produktów rozpadu mezonu B , której nie można było przewidzieć za pomocą modelu standardowego; ta anomalia miała statystyczną pewność 4,5 sigma, niewiele poniżej 5 sigma potrzebnych do oficjalnego uznania za odkrycie. Nie wiadomo, jaka byłaby przyczyna tej anomalii, chociaż jako potencjalnego kandydata sugerowano bozon Z' .

19 listopada 2014 r. eksperyment LHCb ogłosił odkrycie dwóch nowych ciężkich cząstek subatomowych,
Ξ′
− b i
Ξ
∗− b . Oba są barionami, które składają się z jednego kwarku dolnego, jednego dolnego i jednego dziwnego. Są to stany wzbudzone dolnego barionu Xi .

Współpraca LHCb zaobserwowała wiele egzotycznych hadronów, prawdopodobnie pentakwarków lub tetrakwarków , w danych Run 1. W dniu 4 kwietnia 2014 r. współpraca potwierdziła istnienie kandydata na tetrakwark Z(4430) o istotności ponad 13,9 sigma. W dniu 13 lipca 2015 r. odnotowano wyniki zgodne ze stanami pentakwarków w rozpadzie dolnego barionu Lambda (Λ 0
b ).

W dniu 28 czerwca 2016 r. Współpraca ogłosiła rozpad czterech cząstek podobnych do tetrakwarków na mezon J / ψ i φ, z których tylko jeden był dobrze znany wcześniej ( X (4274), X (4500) i X (4700) i X ( 4140) ).

W grudniu 2016 roku firma ATLAS zaprezentowała pomiar masy bozonu W, badając precyzję analiz przeprowadzonych na Tevatronie.

Drugi bieg (2015–2018)

Na lipcowej konferencji EPS-HEP 2015 współpracownicy zaprezentowali pierwsze pomiary przekrojowe kilku cząstek przy wyższej energii zderzenia.

W dniu 15 grudnia 2015 r. Eksperymenty ATLAS i CMS zgłosiły szereg wstępnych wyników dla fizyki Higgsa, poszukiwań supersymetrii (SUSY) i poszukiwań egzotycznych przy użyciu danych o zderzeniach protonów 13 TeV. Oba eksperymenty wykazały umiarkowany nadmiar około 750 GeV w dwufotonowym niezmiennym widmie masowym, ale eksperymenty nie potwierdziły istnienia hipotetycznej cząstki w raporcie z sierpnia 2016 r.

W lipcu 2017 pokazano wiele analiz opartych na dużym zbiorze danych zebranym w 2016 roku. Bardziej szczegółowo zbadano właściwości bozonu Higgsa i poprawiono precyzję wielu innych wyników.

Od marca 2021 r. eksperymenty LHC odkryły 59 nowych hadronów w danych zebranych podczas pierwszych dwóch przebiegów.

5 lipca 2022 r. LHCb poinformował o odkryciu nowego typu pentakwarku złożonego z kwarka powabnego i antykwarku powabnego oraz kwarka górnego, dolnego i dziwnego, zaobserwowanego w analizie rozpadów naładowanych mezonów B.

Planowana aktualizacja „wysokiej jasności”.

Główny artykuł: Wielki Zderzacz Hadronów o dużej jasności

Po kilku latach prowadzenia każdego eksperymentu z fizyką cząstek elementarnych zwykle zaczyna się to wiązać z malejącymi wynikami : gdy kluczowe wyniki osiągalne przez urządzenie zaczynają być osiągane, późniejsze lata działania odkrywają proporcjonalnie mniej niż lata wcześniejsze. Powszechną reakcją jest modernizacja urządzeń zaangażowanych, zwykle w energię zderzenia, jasność lub ulepszone detektory. Oprócz możliwego zwiększenia energii zderzenia do 14 TeV, w czerwcu 2018 r. rozpoczęto modernizację LHC, zwaną High Luminosity Large Hadron Collider, która zwiększy potencjał akceleratora w zakresie nowych odkryć w fizyce, począwszy od 2027 r. Modernizacja ma na celu przy 10-krotnym zwiększeniu jasności maszyny, do 10 35 cm −2 s −1 , dając większe szanse na obserwację rzadkich procesów i poprawiając statystycznie marginalne pomiary.

Planowany zderzacz kołowy przyszłości (FCC)

CERN ma kilka wstępnych projektów Future Circular Collider (FCC) — który byłby najpotężniejszym rozbijaczem cząstek, jaki kiedykolwiek zbudowano — z różnymi typami zderzaczy o kosztach od około 9 miliardów euro (10,2 miliarda USD) do 21 miliardów euro. Jest to oferta otwierająca CERN w procesie ustalania priorytetów zwanym Europejską Strategią Aktualizacji Fizyki Cząstek i będzie miała wpływ na przyszłość tej dziedziny aż do drugiej połowy stulecia. Nie wszyscy są przekonani, że FCC to dobra inwestycja. „Nie ma powodu sądzić, że w reżimie energetycznym powinna istnieć nowa fizyka, którą osiągnąłby taki zderzacz”, mówi Sabine Hossenfelder , fizyk teoretyczny we Frankfurckim Instytucie Studiów Zaawansowanych w Niemczech. Hossenfelder mówi, że duże sumy, które wchodzą w grę, można lepiej wydać na inne rodzaje ogromnych obiektów. Mówi na przykład, że umieszczenie dużego radioteleskopu po drugiej stronie Księżyca lub detektora fal grawitacyjnych na orbicie byłoby bezpieczniejszym rozwiązaniem niż zderzacz pod względem zwrotu z nauki.

Bezpieczeństwo zderzeń cząstek

Główny artykuł: Bezpieczeństwo eksperymentów zderzeń cząstek o wysokiej energii

Eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów wzbudziły obawy, że zderzenia cząstek mogą wywołać zjawiska zagłady, obejmujące produkcję stabilnych mikroskopijnych czarnych dziur lub tworzenie hipotetycznych cząstek zwanych dziwadłami . Dwa przeglądy bezpieczeństwa zlecone przez CERN zbadały te obawy i doszły do ​​​​wniosku, że eksperymenty w LHC nie stanowią zagrożenia i nie ma powodu do obaw, wniosek zatwierdzony przez Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne .

W raportach zauważono również, że warunki fizyczne i kolizje, które istnieją w LHC i podobnych eksperymentach, występują naturalnie i rutynowo we wszechświecie bez niebezpiecznych konsekwencji, w tym promieniowanie kosmiczne o ultrawysokiej energii obserwowane jako uderzające w Ziemię z energiami znacznie wyższymi niż w jakimkolwiek innym zderzacz stworzony przez człowieka.

Kultura popularna

Wielki Zderzacz Hadronów wzbudził duże zainteresowanie spoza środowiska naukowego, a jego postępy śledzą większość mediów popularnonaukowych. LHC zainspirował także dzieła beletrystyki, w tym powieści, seriale telewizyjne, gry wideo i filmy.

„Large Hadron Rap”, pracownica CERN, Katherine McAlpine, przekroczyła 7 milionów wyświetleń w serwisie YouTube .

Zespół Les Horribles Cernettes został założony przez kobiety z CERN-u. Nazwę wybrano tak, aby miała takie same inicjały jak LHC.

Najtrudniejsze naprawy na świecie National Geographic Channel , sezon 2 (2010), odcinek 6 „Atom Smasher” przedstawia wymianę ostatniej sekcji magnesu nadprzewodzącego podczas naprawy zderzacza po incydencie z gaszeniem w 2008 roku. Odcinek zawiera rzeczywisty materiał filmowy z zakładu naprawczego do wnętrza zderzacza oraz wyjaśnienia funkcji, inżynierii i celu LHC.

Piosenka „Monachium” z albumu studyjnego Scars & Stories zespołu The Fray z 2012 roku jest inspirowana LHC. Wokalista Isaac Slade powiedział w wywiadzie dla The Huffington Post , „W Szwajcarii znajduje się wielki zderzacz cząstek, który w pewnym sensie pomaga naukowcom odsłonić zasłonę na temat tego, co tworzy grawitację i masę. Podnoszone są pewne bardzo ważne pytania, nawet niektóre rzeczy, które zaproponował Einstein, a które były akceptowane przez dziesięciolecia, są zaczyna być wyzwaniem. Szukają Boskiej Cząstki, w zasadzie cząsteczki, która trzyma to wszystko razem. Ta piosenka jest tak naprawdę o tajemnicy, dlaczego wszyscy tu jesteśmy i co trzyma to wszystko razem, wiesz?

Wielki Zderzacz Hadronów był tematem studenckiego filmu Decay z 2012 roku , który był kręcony w tunelach konserwacyjnych CERN-u.

Pełnometrażowy film dokumentalny Particle Fever śledzi fizyków eksperymentalnych z CERN, którzy prowadzą eksperymenty, a także fizyków teoretyków, którzy próbują stworzyć ramy koncepcyjne dla wyników LHC. Wygrał Sheffield International Doc/Fest w 2013 roku.

Fikcja

Powieść Anioły i demony autorstwa Dana Browna dotyczy antymaterii stworzonej w LHC do użycia w broni przeciwko Watykanowi. W odpowiedzi CERN opublikował artykuł „Fact or Fiction?” strona omawiająca dokładność przedstawienia w książce LHC, CERN i ogólnie fizyki cząstek elementarnych. Wersja filmowa książki zawiera materiał filmowy nakręcony na miejscu podczas jednego z eksperymentów w LHC; reżyser, Ron Howard , spotkał się z ekspertami CERN-u, starając się, aby nauka zawarta w tej historii była bardziej dokładna.

W powieści wizualnej/ mandze /serialu anime Steins;Gate SERN (celowa błędna pisownia CERN) to organizacja, która wykorzystuje miniaturowe czarne dziury powstałe w wyniku eksperymentów w LHC do opanowania podróży w czasie i przejęcia władzy nad światem. Jest również zaangażowany w masową inwigilację w ramach projektu „ ECHELON ” i ma powiązania z wieloma grupami najemników na całym świecie, aby uniknąć tworzenia innych wehikułów czasu.

Powieść FlashForward Roberta J. Sawyera dotyczy poszukiwania bozonu Higgsa w LHC. CERN opublikował stronę „Science and Fiction”, w której przeprowadził wywiady z Sawyerem i fizykami na temat książki i opartego na niej serialu telewizyjnego .

W odcinku The 200 American Dad Roger przypadkowo wpada do Wielkiego Zderzacza Hadronów, co powoduje ogromną eksplozję, która tworzy dwieście klonów jego wielu osobowości.

W amerykańskim serialu telewizyjnym The Big Bang Theory, odcinku „The Large Hadron Collision” (sezon 3, odcinek 15), Leonard ma szansę odwiedzić Wielki Zderzacz Hadronów.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Wideo
Wiadomości
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Large_Hadron_Collider&oldid=1139473896 ”