Den store Hadron Collider (LHC) får et stort løft til sin præstation. Desværre, for fans af banebrydende fysik, skal det hele lukkes ned i to år, mens arbejdet udføres. Men når det først er startet op og kører, vil dets forbedrede funktioner gøre det endnu mere magtfuldt.
Essensen af Large Hadron Collider er at accelerere partikler og derefter lede dem til at kollidere med hinanden i kamre. Kameraer og detektorer trænes i disse kollisioner, og resultaterne overvåges i detaljer. Det handler om at opdage nye partikler og nye reaktioner mellem partikler og se, hvordan partikler forfalder.
Denne nedlukning kaldes Long Shutdown 2 (LS2.) Den første nedlukning var LS1, og den fandt sted mellem 2013 og 2015. I løbet af LS1 blev kraften i collideren forbedret, og det samme var dens detekteringsmuligheder. Det samme vil ske i løbet af LS2, når ingeniører vil forstærke og opgradere hele acceleratorkomplekset og detektorerne. Arbejdet er under forberedelse til det næste LHC-løb, der starter i 2021. Det er også at forberede sig på et projekt kaldet High-Luminosity LHC (HL-LHC) -projektet, som starter i 2025.
Kørslen af eksperimenter udført mellem LS1 og LS2 kaldes den anden kørsel, og den gik fra 2015 til 2018. Denne kørsel gav nogle imponerende resultater, og et ton data, der stadig skal gennemføres. Ifølge CERN producerede den anden kørsel 16 millioner milliarder proton-proton-kollisioner ved en energi på 13 TeV (tera-elektron volt) og store datasæt til bly-bly-kollisioner med en energi på 5,02 TeV. Det betyder, at der er ækvivalent med 1.000 års 24/7 video-streaming, der er gemt i CERNs dataarkiv.
”LHC's andet løb har været imponerende ...” - Frédérick Bordry, CERN-direktør for acceleratorer og teknologi.
Den enorme cache af data fra eksperimenterne under LHC's anden kørsel dværger dataene fra første kørsel, og det skyldes, at energiniveauet for collideren næsten blev fordoblet til 13 TeV. Det bliver sværere og sværere at hæve en colliders energiniveau, og denne anden nedlukning vil se energien fra 13 TeV til 14 TeV.
"LHC's anden løb har været imponerende, da vi kunne levere langt ud over vores mål og forventninger og produceret fem gange mere data end under den første kørsel ved den hidtil uset energi fra 13 TeV," sagde Frédérick Bordry, CERN-direktør for acceleratorer og teknologi. ”Med denne anden lange lukning, der starter nu, vil vi forberede maskinen til endnu flere kollisioner med designenergien på 14 TeV.”
Ved enhver foranstaltning har LHC været en succes. I flere årtier var eksistensen af Higgs boson og Higgs-feltet det centrale spørgsmål i fysik. Men den teknologi og teknik, der kræves for at opbygge en collider, der var stærk nok til at finde den, var simpelthen ikke tilgængelig. Opførelsen af LHC gjorde opdagelsen af Higgs boson mulig i 2012.
”Higgs boson er en speciel partikel ...” - Fabiola Gianotti, CERNs generaldirektør.
”Ud over mange andre smukke resultater har LHC-eksperimenterne i de sidste par år gjort enorme fremskridt med hensyn til forståelsen af egenskaberne ved Higgs boson,” tilføjer Fabiola Gianotti, CERNs generaldirektør. ”Higgs-bosonen er en speciel partikel, meget forskellig fra de andre elementære partikler, der er observeret indtil videre; dens egenskaber kan give os nyttige indikationer om fysik ud over standardmodellen. ”
Opdagelsen af den langt teoretiserede Higgs-boson er LHC's kronepræstation, men ikke dens eneste. Mange dele af fysikens standardmodel var vanskelige at teste, før LHC blev bygget. Hundreder af videnskabelige artikler er blevet offentliggjort om resultaterne fra LHC, og nogle nye partikler er blevet opdaget, herunder de eksotiske pentaquarks og en ny partikel med to tunge kvarker, kaldet "Xicc ++".
Efter opgraderingerne i LS2 begynder den tredje kørsel. Et af projekterne i tredje løb er projektet High-Luminosity LHC (HL-LHC). Lysstyrke er en af de to primære overvejelser hos kæmmere. Den første er spænding, der forbedres fra 13 TeV til 14 TeV under LS2. Den anden er lysstyrke.
Lysstyrke betyder et øget antal kollisioner og dermed flere data. Da mange af de ting fysikere ønsker at observere er meget sjældne, øger et højere antal kollisioner chancen for at se dem. I løbet af 2017 producerede LHC ca. tre millioner Higgs-bosoner om året, mens High-Luminosity LHC producerer mindst 15 millioner Higgs-bosoner om året. Dette er vigtigt, selv om det var en enorm præstation at opdage Higgs-boson, er der stadig mange fysikere, der ikke ved om den undvigende partikel. Ved at quintuplere antallet af producerede Higgs boson, vil fysikere lære meget.
”Den rige høst fra anden løb gør det muligt for forskerne at se efter meget sjældne processer.” - Eckhard Elsen, direktør for forskning og computere ved CERN.
Alle data, der er gemt på CERN fra LHC's andet løb, betyder, at fysikere vil blive holdt optaget under LS2. Der er muligvis ting skjult i den massive indsamling af data, som ingen har set endnu. Der vil ikke være nogen hvile for menneskehedens ivrige hær af partikelfysikere.
”Den rige høst af anden løb gør det muligt for forskerne at se efter meget sjældne processer,” sagde Eckhard Elsen, direktør for forskning og computere ved CERN. ”De vil være travlt under nedlukningen med at undersøge den enorme dataprøve for mulige underskrifter af ny fysik, som ikke har haft mulighed for at komme ud af det dominerende bidrag fra standardmodelprocesserne. Dette vil guide os ind i HL-LHC, når dataprøven stiger med endnu en størrelsesorden. ”
- CERN Pressemeddelelse: LHC forbereder sig på nye resultater
- CERN Pressemeddelelse: CERNs LHCb-eksperiment rapporterer observation af eksotiske pentaquark-partikler
- CERN Pressemeddelelse: LHCb-eksperimentet er charmeret for at meddele observation af en ny partikel med to tunge kvarker
- CERN webside: High-Luminosity LHC
- CERN Pressemeddelelse: LHC: En stærkere maskine
- Wikipediaindgang: Higgs boson
- CERN-webside: Standardmodellen
