CERN готує десятикратне збільшення зіткнень частинок у адронному колайдері

Найбільший у світі прискорювач частинок — Великий адронний колайдер (Large Hadron Col­lid­er, LHC) у Європейській організації з ядерних досліджень CERN — зупинив роботу на чотирирічну модернізацію. Після її завершення оновлена установка має суттєво розширити можливості для пошуку темної матерії та інших фундаментальних складових Всесвіту.

LHC — це 27-кілометрова кільцева підземна споруда на глибині близько 100 метрів на кордоні Швейцарії та Франції. Надпровідні магніти розганяють протони до екстремальних енергій і змушують їх стикатися в детекторах. Саме тут у 2012 році відкрили бозон Хіггса — частинку, пов’язану з механізмом виникнення маси в інших частинок.

Після модернізації установка отримає нову назву — High Lumi­nos­i­ty Large Hadron Col­lid­er (HL-LHC). Запуск оновленого комплексу запланований на червень 2030 року, а його експлуатація розрахована приблизно на десять років. Керівник проєкту Маркус Церлауф наголосив, що цей етап є ключовим для всієї наукової програми CERN.

Головна мета модернізації — збільшення світності (lumi­nos­i­ty), тобто кількості зіткнень частинок за одиницю часу. Цей показник має зрости у 10 разів, а обсяг зібраних даних — у 100 разів порівняно з поточними значеннями. Для цього буде замінено ділянку прискорювального кільця завдовжки близько 1,2 кілометра: нові надпровідні магніти точніше фокусуватимуть пучки частинок. У результаті кількість зіткнень в одному акті взаємодії зросте зі нинішніх 60 до 140–200.

Таке зростання інтенсивності породжує нову інженерну проблему: мільярди подій на секунду фізично неможливо зберегти в повному обсязі. Тому відбір найбільш перспективних зіткнень відбуватиметься у реальному часі за допомогою систем штучного інтелекту. Утім, у CERN підкреслюють: ШІ не замінює фізиків, а лише виступає інструментом фільтрації та первинного аналізу даних.

Наукова мета HL-LHC — глибше зрозуміти фундаментальну структуру Всесвіту. За сучасними космологічними моделями, звичайна матерія становить лише близько 5% Всесвіту, тоді як темна матерія — 27%, а темна енергія — близько 68%, і природа обох залишається невідомою. Збільшення світності відкриє можливості для пошуку рідкісних процесів і детального вивчення властивостей бозона Хіггса.

За час роботи HL-LHC вчені розраховують зареєструвати близько 380 мільйонів бозонів Хіггса — проти приблизно 55 мільйонів, зафіксованих із моменту запуску LHC у 2008 році. Одним із ключових завдань стане спроба зафіксувати одночасне народження двох бозонів Хіггса, що дозволить перевірити фундаментальні передбачення теорії та уточнити механізми еволюції раннього Всесвіту.