Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) oficiálne vstupuje do novej etapy. CERN oslávil v piatok 15. júna 2018 začiatok stavebných prác na Vysokoluminozitnom LHC (HL-LHC), čo je nový míľnik v histórii CERNu. Do r. 2026 táto veľká modernizácia podstatne zlepší výkon LHC zvýšením počtu zrážok vo veľkých experimentoch, čím sa zvýši pravdepodobnosť objavu nových fyzikálnych javov.
LHC začal zrážať častice v r. 2010. Vo vnútri 27-km prstenca LHC cestujú zväzky protónov takmer rýchlosťou svetla a zrážajú sa na štyroch interakčných miestach. Tieto zrážky produkujú nové častice, ktoré sú zaregistrované detektormi obkolesujúcimi interakčné miesta. Analýzou týchto zrážok fyzici z celého sveta prehlbujú naše poznanie prírodných zákonov.
Kým LHC dokáže vyprodukovať až jednu miliardu protón-protónových zrážok za sekundu, HL-LHC zvýši toto číslo, medzi fyzikmi známe ako “luminozita”, faktorom päť až sedem, čo umožní nazbierať asi desaťkrát viac dát v rokoch 2026 až 2036. Znamená to, že fyzici budú môcť skúmať zriedkavé javy a robiť presnejšie merania. Napr. LHC umožnil fyzikom objaviť Higgsov bozón v r. 2012, čo znamenalo veľký pokrok v porozumení toho, ako častice získavajú hmotnosť. HL-LHC umožní definovať vlastnosti Higgsovho bozónu presnejšie a zmerať s lepšou presnosťou jeho produkciu, rozpad a jeho interakcie s inými časticami. Okrem toho budú skúmané scenáre za Štandardným modelom vrátane supersymetrie (SUSY), teórií o extra rozmeroch a kvarkovej štruktúry (tzv. compositeness).
“Vysokoluminozitný LHC rozšíri dosah LHC za hranicu počiatočnej misie, čím prinesie nové príležitosti pre objavy meraním vlastností častíc ako je Higgsov bozón s väčšou presnosťou a doposiaľ najhlbším skúmaním fundamentálnych zložiek vesmíru,” povedala generálna riaditeľka CERN Fabiola Gianotti.
HL-LHC projekt je medzinárodná iniciatíva 29 inštitútov z 13 krajín. Začal v novembri 2011 a o 2 roky neskôr bol identifikovaný ako jedna z hlavných priorít Európskej stratégie pre časticovú fyziku, skôr než bol formálne schválený Radou CERN v júni 2016. Po úspešnom vývoji prototypov budú postavené a inštalované mnohé nové hardvérové prvky v priebehu niekoľkých rokov. Celkovo bude viac ako 1,2 km súčasného urýchľovača nahradeného mnohými hi-tech komponentami ako sú magnety, kolimátory a rádiofrekvenčné dutiny.
Tajomstvo ako zvýšiť množstvo zrážok za sekundu je stlačiť zväzok častíc v interakčných miestach, čo vedie k zvýšenej pravdepodobnosti protón-protónových zrážok. Aby sa to dosiahlo, HL-LHC potrebuje okolo 130 nových magnetov, osobitne 24 supravodivých kvadrupólov, ktoré fokusujú zväzok a štyri supravodivé dipóly. Kvadrupóly aj dipóly dosiahnu pole okolo 11,5 tesla v porovnaní s 8,3 tesla, ktoré majú dipóly v súčasnom LHC. Bude inštalovaných aj 16 úplne nových “krabích dutín” na maximalizovanie prekryvu húfov (angl. bunches) protónov v interakčných bodoch. Ich úloha je nakloniť húfy, ktoré potom vyzerajú akoby sa pohybovali do strany ako krab.
Ďalším dôležitým faktorom pri zvýšení celkovej luminozity LHC je predĺžiť čas dostupnosti urýchľovača počas roka a zvýšiť jeho účinnosť. Pre tento účel HL-LHC projekt presunie niektoré zariadenia na miesta, kde budú prístupnejšie pre údržbu. Napr. výkonové meniče magnetov budú presunuté do osobitných galérií a spojené budú novými supravodivými káblami schopnými uniesť prúdy do 100 kA s takmer nulovými stratami energie.
“Odvážne projekty sú súčasťou histórie CERNu a HL-LHC píše novú kapitolu, je to most do budúcnosti,” povedal riaditeľ CERN pre urýchľovače a technológiu Frédérick Bordry. “Umožní nový výskum a so svojimi inovatívnymi technológiami je oknom k urýchľovačom budúcnosti a k novým aplikáciám pre spoločnosť.“
Toto všetko si vyžaduje veľké stavebné práce na dvoch hlavných miestach vo Švajčiarsku a vo Francúzsku. Ide o stavbu nových budov, šácht, dutín, a podzemných galérií. Tunely a podzemné haly budú domovom pre nové kryogenické zariadenia, elektrické zdroje napätia a rôzne elektrické, chladiace a ventilačné prvky.
Počas stavebných prác bude LHC naďalej v prevádzke okrem dvoch dlhých technických prestávok, ktoré umožnia prípravu a inštalácie pre vysokú luminozitu zároveň s pravidelnou údržbou.Po tejto veľkej modernizácii bude LHC produkovať dáta s vysokou luminozitou od r. 2026.
