Женева, 15. јун 2018.

ЦЕРН-ов акцелератор, Велики сударач хадрона (Large Hadron Collider, LHC) улази у нову фазу развоја. ЦЕРН је данас организовао велику свечаност како би обележио почетак грађевинских радова на акцелератору који се сматрају револуционарном прекретницом у историји ЦЕРН-а. Радови ће не само унапредити постојећи акцелератор него га практично претворити у нови, који се званично назива Високолуминозни велики сударач хадрона (High-Luminosity LHC) и означава се скраћеницом HL-LHC, али има и популарнији назив HiLumi.

План је да се до 2026. године заврше радови којима ће се могућности LHC значајно унапредити тако што ће се повећати број судара у експериментима и тиме учинити значајно вероватнијим открића такозваних феномена нове физике.

Садашњи LHC је почео да судара честице 2010. године. Унутар 27 километара дугог, акцелераторског тунела на дубини од 100 метара под земљом, снопови протона убрзавају се готово до брзине светлости и потом се сударају на четири тачке интеракције, места које су предвиђена за сударе. У овим, снажним сударима настају нове честице које се детектују на детекторима постављеним на тачкама интеракције (као што су АТЛАС и ЦМС). Кроз анализу судара, физичари продубљују наше разумевање закона природе. На тај начин је 2012. и откривен Хигсов бозон, а потом је постигнут напредак у разумевању како честице стичу своју масу.

LHC је у стању да сваке секунде произведе 1 милијадру протон-протон судара што је бројна вредност коју физичари називају „луминозност“. Међутим, HL-LHC ће ту бројку увећати између пет и седам пута, што ће омогућити да се у периоду од 2026. и 2036. прикупи десет пута више података. То значи да ће физичари бити у стању да истражују догађаје који се сада сматрају сувише ретким и да врше много прецизнија мерења. HL-LHC ће моћи да прецизније да утврди како настаје Хигсов бозон, како се распада и како интреагује са другим честицама. Додатно, на новом акцелератору ће се истраживати сценарији иза Стандардног модела као што су суперсиметрија, теорије о екстра димензијама и унутрашња структура кваркова.

„Високолуминозни LHC ће проширити домет LHC-а далеко иза његове почетне мисије, доносећи нове могућности за открића, мерећи особине честица као што је Хисов бозон са већом прецизношћу и истражујући још дубље основне градивне елементе свемира“, рекла је Фабиола Ђаноти, генерална директорка ЦЕРН-а.

План за нови HL-LHC пројекат заправо је започео још у новембру 2011. године као међународни подухват који укључује 29 института из 13 земаља. Две године касније био је препознат као један од главних приоритета Европске стратегије за физику честица, да би у јуну 2016. године пројекат и званично био одобрен од Савета ЦЕРН-а. Након успешне изградње прототипа, у наредним годинама биће конструисано и постављено много нових уређаја и елемената. Укупно, више од 1,2 километара садашње машине ће бити сасвим замењено са новим високотехнолошким компонентама као што су магнети и колиматори.

Тајна повећања броја судара је у фокусирању, сужавању снопа честица на тачкама интеракције тако да се на истом акцелратору вероватноћа директних судара протона са протонима значајно увећа. Како би се то постигло, HL-LHC ће имати 130 нових магнета, међу којима су нови суперпроводни квадруполи и диполи за фокусирање који ће моћи да направе поље до 11,5 тесла, што је значајно више од садашњих, иначе импресивних 8,3 тесла.

„Историју ЦЕРН-а одликује одважност и Високолуминозни LHC на тај начин сада исписује ново поглавље, градећи мост ка будућности“, рекао је директор за акцелераторе и технологију у ЦЕРН-у, Фредерик Бродри.

Како би се постигла сва планирана унапређења, неопходни су велики грађевински радови на две локације на прстену акцелератора, у Швајцарској и у Француској. То подразумева изградњу нових објеката, отвора, шупљина и подземних галерија. Током грађевинских радова, сам LHC ће наставити да ради, уз два велика техничка заустављања која ће омогућити да се изврше припреме и поставе нове инсталације. Након окончања радова, очекује се да од 2026. године акцелeратор почне да ради у новом моду.

Нови резултати АТЛАС И ЦМС експеримента на акцелератору у ЦЕРН разоткривају како Хигсов бозон интереагује са најмасивнијом познатом елементарном честицом, топ кварком, што проширује наше разумевање Хигса и поставља смернице за нову физику

Женева, ЦЕРН

Хигсов бозон, честица чије је постојање доказано пре пет година у ЦЕРН-овим експериментима, по природи ствари интереагује само са честицама које имају масу, али је откривено и нешто наизглед чудно – Хигс се понекад распадне и на два фотона, честице без масе. Квантна механика наиме дозовољава следећу ситуацију – Хигс се у врло кратком временском интервалу претвара у такозвани топ кварк и топ антикварк (топ је једна од шест врста кваркова који постоје, са убедљиво највећом масом). Одмах потом овај пар, кварк и антикварк, анихилирају један другог из чега настане пар фотона.

Вероватноћа овог процеса зависи од јачине интеракције између Хигсовог бозона и топ кварка која се у физици иначе назива спрезање (coupling).  Мерење такве вероватноће омогућује да се индиректно изведе вредност Хигс-топ спрезања. Са друге стране, неке тешке до сада неоткривене честице, како се то каже – честице нове физике, могле би потенцијално да учествују у оваквом процесу и да утичу на резултате, па да на тај начин буду и откривене. Зато се Хигсов бозон и сматра прозором у нову физику.

Много директнију манифестацију Хигс-топ спрезања представља врло редак процес где топ-антитоп пар емитује Хигс бозон. Резултати који су представљени прошле недеље на изузетно утицајној LHCP конференцији, ове године одржаној у Болоњи, описију овај процес такозване „ttH продукције“.

До ових резултата прво је дошла једна од ЦЕРН-ових великих међународних истраживачких група, позната као ЦМС колаборација, која је учествовала у открићу Хигс бозона на основу података из судара на Великом сударачу хадрона (LHC).  Колаборација ЦМС је прошле недеље у престижном часопису Physical Review Letters објавила резултате са статистичком сигурношћу од чак пет стандардних девијација (што се сматра јако добром статистиком).

Истовремено, друга колаборација која такође користи податке са ЦЕРН акцелератора позната као АТЛАС потврдила је овај резултат и то са још већим нивоом поверења и предала рад на објављивање. Резултати обе колаборације су конзистентни и представљају велики корак напред у разумевању особина Хигс бозона.

„Ова мерења до којих су дошле колаборације ЦМС и АТЛАС представљају снажан наговештај да Хигсов бозон игра кључну улогу у великој вредности масе топ кварка. И док је ово сигурно једно важно својство Стандардног модела, сада је први пут и експериментално потврђено са тако високом статистичком сигурношћу“, рекао је Карл Јакобс, портпарол АТЛАС колаборације.

„Тимови за анализу података у ЦМС колаборацији, као и њихове колеге из АТЛАС-а, употребили су нове приступе и напредне технике анализе да би стигли до ове прекретнице. Кад АТЛАС и ЦМС заврше прикупљање података у новембру 2018, имаћемо довољно догађаја да још детаљније  испитамо предикције Стандардног модела за ttH, да видимо има ли наговештаја нечег новог“, изјавио је Џоел Батлер, портпарол ЦМС-а.

Истраживање овог процеса представља изазов јер је изузетно редак: само 1% Хигсових бозона настаје из спрезања са топ кварком, а поврх тога, Хигс и топ кваркови се распадају на друге честице на много сложених начина. Користећи податке из судара протона на акцелератору на енергијама од 7, 8 и 13 TeV, тимови АТЛАС и ЦМС колаборације су спровели више независних потрага за ttH продукцијом, истражујући разне канале распада. Како би се максимално повећала осетљивост траженог сигнала, оба експеримента су комбиновала резултате из свих ових потрага.

Видео прилог о ЦЕРН открићу