تصادم الجسيمات بمستويات طاقة قياسية عالميًا

تدور حزم من البروتونات مرة أخرى حول حلقة المصادم التي يبلغ طولها 27 كيلومترًا ، مما يشير إلى نهاية فجوة استمرت عدة سنوات لأعمال الترقية.

في عام 2022 ، سيرن تعيد تشغيل LHC بعد أكثر من ثلاث سنوات من الصيانة والتحديثات المعروفة باسم Long Shutdown 2 (LS2). بمجرد إعادة التشغيل ، سترتفع الطاقة إلى مستويات قياسية عالمية حيث تبدأ CERN تشغيل LHC Run 3 لأبحاث الفيزياء. بعد ذلك سيشهد الرابع من تموز (يوليو) ذكرى # Higgs10 ، الذكرى العاشرة لاكتشاف بوزون هيغز.

تمت إعادة تشغيل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) ، أكبر وأقوى مسرع للجسيمات في العالم ، بعد انقطاع دام أكثر من ثلاث سنوات لأعمال الصيانة والدمج والتحديث. اليوم ، 22 أبريل 2022 ، في تمام الساعة 12:16 بتوقيت وسط أوروبا ، تم تداول حزمتين من البروتونات في اتجاهين متعاكسين حول حلقة مصادم الهادرون الكبير البالغ طولها 27 كيلومترًا (16.8 ميلًا) عند طاقة حقن تبلغ 450 مليار إلكترون فولت (450 جيجا إلكترون فولت).

هذه الحزم تدور عند طاقة الحقن وتحتوي على عدد صغير نسبيًا من البروتونات. يقول رئيس قسم الحزم في CERN ، رودري جونز ، “إن التصادمات عالية الكثافة والطاقة على بعد شهرين”. “لكن الحزم الأولى تمثل إعادة التشغيل الناجحة للمسرع بعد كل العمل الشاق للإغلاق الطويل.”

نفق LHC عند النقطة 1. Credit: CERN

يقول مايك لامونت ، مدير المسرعات والتكنولوجيا في CERN: “خضعت الآلات والمرافق لتحديثات كبيرة خلال الإغلاق الطويل الثاني لمجمع تسريع CERN”. “لقد خضع المصادم LHC نفسه لبرنامج دمج مكثف وسيعمل الآن بطاقة أعلى ، وبفضل التحسينات الرئيسية في مجمع الحاقن ، فإنه سيوفر المزيد من البيانات بشكل كبير لتجارب LHC التي تمت ترقيتها.”

تم تداول حزم تجريبية في LHC لفترة وجيزة في أكتوبر 2021. ومع ذلك ، فإن الحزم التي تم تداولها اليوم لا تشير فقط إلى نهاية الإغلاق الطويل الثاني لمصادم الهادرونات الكبير ولكن أيضًا بداية الاستعدادات لأربع سنوات من أخذ البيانات الفيزيائية ، والتي من المتوقع أن يبدأ هذا الصيف.

حتى ذلك الحين ، سيعمل خبراء مصادم الهدرونات الكبير على مدار الساعة لإعادة تشغيل الماكينة تدريجيًا وزيادة طاقة وكثافة الحزم بأمان قبل توصيل التصادمات للتجارب بطاقة قياسية تبلغ 13.6 تريليون إلكترون فولت (13.6 إلكترون فولت).

سيشهد هذا التشغيل الثالث من LHC ، المسمى Run 3 ، تجارب الآلة التي تجمع البيانات من الاصطدامات ليس فقط بطاقة قياسية ولكن أيضًا بأرقام لا مثيل لها. يمكن لكل من تجارب ATLAS و CMS أن تتوقع تلقي المزيد من التصادمات أثناء تشغيل الفيزياء أكثر مما كانت عليه في عمليتي الفيزياء السابقتين معًا ، في حين أن LHCb ، الذي خضع لتجديد كامل أثناء الإغلاق ، يمكن أن يأمل في زيادة عدد تصادماته بمقدار ثلاثة أضعاف . وفي الوقت نفسه ، يمكن أن يتوقع ALICE ، وهو كاشف متخصص لدراسة تصادمات الأيونات الثقيلة ، زيادة بمقدار خمسين ضعفًا في العدد الإجمالي لتصادمات الأيونات المسجلة ، وذلك بفضل استكمال ترقية رئيسية مؤخرًا.

سيسمح العدد غير المسبوق من الاصطدامات للفرق الدولية من علماء الفيزياء في CERN وفي جميع أنحاء العالم بدراسة بوزون هيجز بتفصيل كبير ووضع النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات وامتداداته المختلفة في أكثر الاختبارات صرامة حتى الآن.

تشمل الأشياء الأخرى التي يجب أن نتطلع إليها في التشغيل 3 تشغيل تجربتين جديدتين ، أسرع و [email protected]، مصممة للبحث عن فيزياء تتجاوز النموذج القياسي ؛ تصادمات خاصة للبروتون والهيليوم معيار كم مرة يتم إنتاج نظائر البروتونات من المادة المضادة في هذه الاصطدامات ؛ والتصادمات التي تنطوي على أيونات الأكسجين التي من شأنها تحسين معرفة الفيزيائيين فيزياء الأشعة الكونية و ال بلازما كوارك-غلوون، حالة من المادة التي كانت موجودة بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم.