Крупнейший в мире ускоритель частиц — Большой адронный коллайдер (БАК), расположенный в Европейской организации по ядерным исследованиям CERN, — уходит на четырехлетний технический перерыв. Глобальное обновление призвано кратно увеличить интенсивность столкновений частиц, что откроет принципиально новые горизонты в поиске тёмной материи и разгадке фундаментальных тайн мироздания.
БАК представляет собой сложнейший подземный комплекс кольцевой формы протяженностью 27 километров, пролегающий на глубине около 100 метров на стыке границ Швейцарии и Франции. Используя мощные сверхпроводящие магниты, установка разгоняет протоны до околосветовых скоростей, сталкивая их внутри детекторов для изучения материи на субатомном уровне. Именно здесь в 2012 году была экспериментально подтверждена «частица Бога» — бозон Хиггса, ответственный за наделение других элементарных частиц массой.
После завершения текущего цикла работ проект перейдет на стадию High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). Перезапуск модернизированного комплекса намечен на июнь 2030 года, после чего ожидается десятилетие интенсивных исследований.
Как отмечает куратор проекта HL-LHC Маркус Церлауф, наступивший этап трансформации критически важен для всей научной программы. По его словам, колоссальное техническое переоснащение позволит физикам выйти на качественно иной уровень поиска ответов на фундаментальные вопросы устройства Вселенной.
Ключевой задачей апгрейда является повышение светимости — показателя интенсивности столкновений частиц в единицу времени. Ожидается, что эффективность процесса возрастет в 10 раз, что обеспечит экспоненциальный прирост объема генерируемых данных — их количество увеличится почти в 100 раз по сравнению с текущими показателями.
Техническая реконструкция затронет 1,2-километровый сегмент кольца. Установка передовых сверхпроводящих магнитов обеспечит беспрецедентную точность фокусировки пучков. В зоне взаимодействия интенсивность столкновений возрастет до 140–200 событий за один цикл, тогда как сейчас этот показатель ограничен 60.
Такая высокая концентрация событий ставит перед инженерами серьезный вызов: объем данных, исчисляемый миллиардами событий в секунду, превышает возможности современных систем хранения. Решение проблемы лежит в плоскости искусственного интеллекта, который в режиме реального времени будет отсеивать «информационный шум» и выделять события, несущие следы «новой физики».
В CERN подчеркивают, что внедрение ИИ — это не попытка заменить ученых, а способ интеллектуальной фильтрации колоссальных массивов данных для повышения продуктивности исследовательской работы.
Научная повестка HL-LHC направлена на пересмотр представлений о структуре космоса. Согласно текущей космологической модели, привычная нам материя — это лишь 5% состава Вселенной. Оставшуюся часть делят загадочная тёмная материя (27%) и тёмная энергия (68%), природа которых остается одной из главных нерешенных задач современной науки.
Рост светимости позволит ученым детектировать крайне редкие физические процессы, включая рождение экзотических частиц, и более детально изучить свойства бозона Хиггса. Его тщательное исследование может дать ключ к пониманию процессов, происходивших в первые мгновения после Большого взрыва.
Прогнозируется, что за время работы обновленного HL-LHC удастся зафиксировать около 380 миллионов бозонов Хиггса — для сравнения, с 2008 года было зарегистрировано всего 55 миллионов. Одной из приоритетных задач станет поиск редчайшего события — рождения пары бозонов Хиггса, что позволит экспериментально проверить ключевые гипотезы эволюции Вселенной.
Источник: iXBT
