Сегодня Большой адронный коллайдер (БАК), самый мощный в мире ускоритель частиц, завершает необычайный этап своего научного пути. После последнего физического эксперимента ускоритель был выключен, чтобы начать третий длительный период простоя (LS3) в ЦЕРНе — масштабную программу технического обслуживания, консолидации, модернизации и монтажных работ, которая подготовит Лабораторию к работе с БАК высокой светимости (HiLumi LHC), следующим этапом исследования фундаментальных законов природы.
С момента запуска первых пучков в сентябре 2008 года БАК раздвинул границы науки и техники, став одним из самых амбициозных научных инструментов, когда-либо созданных. Ускоритель осуществил первые столкновения протонов в 2009 году и быстро зарекомендовал себя как уникальная машина открытий — за три периода работы (эксперименты 1–3) БАК предоставил своим экспериментам беспрецедентное количество данных.
Самое известное достижение БАК произошло 4 июля 2012 года, когда коллаборации ATLAS и CMS объявили об открытии бозона Хиггса, подтвердив механизм, предложенный почти полвека назад. В последующие годы БАК позволил совершить сотни важных открытий, включая открытие более 85 адронов, установление пределов исключения для обнаружения новых частиц, исследования дисбаланса между материей и антиматерией, изучение природы кварк-глюонной плазмы и измерения, имеющие важное значение для астрофизики. Помимо научных достижений, БАК способствовал инновациям в ускорительной науке, сверхпроводящих технологиях, вычислительной технике и международном сотрудничестве.
По мере того, как ускоритель вступает в новую фазу, ЦЕРН отмечает не только сделанные открытия, но и мировое сообщество, которое сделало их возможными.
«БАК превзошел все ожидания», — сказал Оливер Брюнинг, директор ЦЕРН по ускорителям и технологиям. «Почти два десятилетия он преобразовывал наше понимание Вселенной и вдохновлял поколения ученых, инженеров и граждан по всему миру. Сегодня мы прощаемся с БАК в том виде, в каком мы его знали, и готовимся приветствовать его преемника: БАК HiLumi, который продолжит это научное приключение далеко в будущее».
БАК HiLumi, ввод в эксплуатацию которого запланирован на 2030 год, увеличит светимость коллайдера в десять раз по сравнению с его первоначальным проектом. Это позволит исследователям собирать значительно большие массивы данных, что даст возможность проводить точные исследования бозона Хиггса и расширит потенциал для обнаружения явлений за пределами Стандартной модели.
LS3 знаменует собой самое масштабное вмешательство в ускорительный комплекс ЦЕРН со времени строительства самого БАК. В период с настоящего момента до 2030 года в планах по остановке работы будут задействованы тысячи специалистов из ЦЕРН и партнерских институтов по всему миру, которые преобразуют БАК, инжекторы и их эксперименты в версии HiLumi, а также проведут необходимые проекты по модернизации всего ускорительного комплекса и экспериментальных установок: от консолидации северной зоны Суперпротонного синхротрона (SPS), демонтажа зоны мишени CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS) и преобразования северной экспериментальной пещеры 3 (ECN3) в установку с стационарной мишенью высокой интенсивности до реконструкции установки ISOLDE и консолидации систем безопасности персонала, электросети и технических галерей.
«Запуск LS3 представляет собой масштабное и сложное логистическое и инженерное мероприятие», — говорит Жан-Филипп Ток, руководитель координационной группы LS3. «Только в БАК будет демонтировано и заменено новым оборудованием 1,2 км магнитов и компонентов, а по всему комплексу запланированы десятки проектов, в которых примут участие тысячи инженеров, физиков, техников и вспомогательного персонала».
В камерах БАК эксперименты ATLAS и CMS пройдут масштабную модернизацию, фактически став обновленными детекторами. Чтобы в полной мере использовать беспрецедентные возможности БАК HiLumi, им потребуется обрабатывать от 140 до 200 протон-протонных столкновений при каждом пересечении пучка, по сравнению с примерно 60 во время последнего запуска БАК. Это означает идентификацию и отбор наиболее интересных столкновений из более чем пяти миллиардов взаимодействий каждую секунду. Для решения этой задачи оба эксперимента полностью заменят свои триггерные системы, которые отвечают за отбор наиболее перспективных событий для дальнейшего анализа. Эти события будут регистрироваться с использованием передовых новых технологий детектирования, включая полностью кремниевые трековые системы с миллиардами каналов считывания (гораздо больше, чем в существующих детекторах), высокоточные детекторы синхронизации с разрешением в несколько десятков пикосекунд и новые калориметрические системы, способные работать на мегагерцовых частотах.
Хотя в этот период циркуляция пучков частиц будет прекращена, научная деятельность ЦЕРН останется интенсивной. Тысячи исследователей продолжат анализировать огромные массивы данных, накопленные в эпоху БАК, извлекая новые физические результаты одновременно с этим.
