CERN остановила Большой адронный коллайдер до 2030 года
CERN с 30 июня остановила Большой адронный коллайдер на четырёхлетнюю модернизацию. К 2030 году установка должна перейти в режим High Luminosity LHC и увеличить число столкновений частиц примерно в 10 раз. Для физиков это означает не только больше данных, но и более высокий шанс увидеть редкие процессы, которые в текущем режиме теряются в статистике.
Речь идёт о крупнейшем обновлении коллайдера после запуска в 2008 году. LHC, 27-километровое подземное кольцо на границе Швейцарии и Франции, в 2012 году принёс CERN главное открытие последнего десятилетия в физике частиц, бозон Хиггса. Новый этап рассчитан примерно на десять лет работы после перезапуска в июне 2030 года.
В CERN называют главной целью рост светимости, то есть числа столкновений за единицу времени. После модернизации ускоритель должен собирать на порядок больше столкновений, а объём пригодных для анализа данных вырастет примерно в 100 раз по сравнению с нынешним уровнем. Для этого организация заменит участок кольца длиной около 1,2 км и установит новые сверхпроводящие магниты, которые точнее сфокусируют пучки протонов перед столкновением.
- Светимость вырастет примерно в 10 раз
- Объём данных увеличится примерно в 100 раз
- Число столкновений на один crossing вырастет до 140—200
- Сейчас типичный уровень составляет около 60 столкновений
Рост интенсивности меняет не только физику, но и вычислительную архитектуру эксперимента. Детекторы будут видеть миллиарды событий в секунду, и сохранить весь поток невозможно. Поэтому CERN заранее переводит часть отбора в режим реального времени, где алгоритмы машинного обучения отфильтровывают наиболее интересные столкновения для дальнейшего анализа. Это уже стандарт для крупных экспериментов, просто на HL-LHC он станет жёстче.
Научная программа у новой версии ускорителя понятна. Физики рассчитывают резко расширить статистику по бозону Хиггса, проверить редкие каналы его распада и попытаться надёжно увидеть рождение пары бозонов Хиггса. Последний процесс особенно важен, потому что даёт прямой доступ к самодействию поля Хиггса и помогает проверить, насколько Стандартная модель выдерживает проверку на высокой точности.
История проекта HL-LHC
Текущая остановка не первая в истории LHC. Ускоритель уже проходил длительные паузы для ремонта и повышения энергии, в том числе после аварии 2008 года и перед запуском Run 3 в 2022 году. Нынешний цикл, известный как Long Shutdown 3, отличается масштабом: CERN перестраивает инфраструктуру именно под многолетнюю работу с экстремальной светимостью, а не под очередное точечное обновление.
Сам проект High Luminosity LHC организация ведёт больше десяти лет. По данным CERN, программа создаётся как международный проект с участием лабораторий и промышленности из Европы, США и Азии. Её бюджет оценивается примерно в несколько миллиардов швейцарских франков с учётом ускорительной техники, детекторов и сопутствующей инфраструктуры. Для фундаментальной науки сумма крупная, для мегапроекта такого класса почти рутинная.
Модернизация нужна ещё и потому, что у CERN пока нет нового большого коллайдера, который мог бы сменить LHC в 2030-х. Организация параллельно продвигает концепцию Future Circular Collider, кольца длиной около 91 км, но решение по нему остаётся политическим и финансовым вопросом. На этом фоне HL-LHC становится способом продлить научную отдачу нынешней машины ещё как минимум на десятилетие без ожидания следующего мегастроя.
У этой стратегии есть и внешний контекст. Китай продолжает обсуждать проект собственного кольцевого коллайдера CEPC, а в США после закрытия SSC в 1990-х так и не появилось сопоставимой по масштабу машины для столкновения протонов. Поэтому в 2030-х именно CERN, скорее всего, сохранит роль главной мировой площадки для экспериментов в физике высоких энергий, если не произойдёт нового ускорительного сюрприза, что в этой отрасли случается нечасто.
С научной точки зрения апгрейд адресует старую проблему LHC. Коллайдер блестяще подтвердил Стандартную модель, включая открытие бозона Хиггса, но не принёс прямых следов тёмной материи, суперсимметрии или других сценариев «новой физики». CERN пытается ответить на это не ростом энергии, а ростом статистики. Если редкий сигнал существует на уровне, доступном нынешним детекторам, HL-LHC должен заметно сузить пространство для случайностей.
За весь срок работы обновлённой установки физики рассчитывают получить около 380 млн бозонов Хиггса против примерно 55 млн с момента запуска LHC. Даже если это не приведёт к открытию новой частицы, HL-LHC должен заметно повысить точность измерений по Хиггсу, топ-кварку и редким распадам B-мезонов. Первый ответ на вопрос, оправдался ли четырёхлетний простой, появится уже в начале следующего десятилетия, когда эксперименты наберут стартовую статистику после перезапуска.
