Lumea științifică a intrat într-o perioadă de așteptare plină de promisiuni. Cel mai mare instrument științific din lume, Marele Accelerator de Hadroni de la granița franco-elvețiană, a fost oprit după ani de coliziuni de protoni la viteze apropiate de cea a luminii. Ceea ce urmează nu este însă un sfârșit, ci începutul uneia dintre cele mai ambițioase etape de dezvoltare din istoria fizicii experimentale.

Mii de cercetători, ingineri și tehnicieni demontează acum componente ale aparatului, instalează tehnologii noi și pregătesc terenul pentru o versiune superioară a acceleratorului. Când va redeveni operațional, în jurul anului 2030, va purta numele de High-Luminosity Large Hadron Collider și va fi capabil să genereze de aproximativ șapte ori mai multe date decât predecesorul său, cel care a descoperit bosonul Higgs.

Profesoara Daniela Bortoletto de la Universitatea Oxford, implicată în proiect încă dinaintea descoperirii particulei Higgs din 2012, a coordonat dezvoltarea experimentului CMS în Statele Unite, iar acum contribuie la construirea modulelor de siliciu pentru experimentul Atlas. Recent, la Oxford a fost asamblat primul inel complet de pixeli, o structură delicată care îmbină senzori de siliciu, componente electronice și suporturi într-un aranjament care a necesitat ani de inginerie meticuloasă.

Pe urmele misterelor bosonului Higgs

Descoperirea bosonului Higgs a confirmat mecanismul prin care particulele elementare capătă masă și a completat ultima piesă lipsă din modelul standard al fizicii particulelor. Însă, așa cum se întâmplă adesea în știință, fiecare răspuns a deschis o mulțime de întrebări noi. Comunitatea științifică nu mai este preocupată de existența particulei, ci de modul exact în care aceasta se comportă.

Orice abatere, chiar și minusculă, de la predicțiile modelului standard ar putea indica prezența unor particule sau forțe complet necunoscute. Astfel de descoperiri ar putea elucida enigme fundamentale ale universului, precum natura materiei întunecate sau motivul pentru care cosmosul conține mai multă materie decât antimaterie. Problema constă în faptul că aceste indicii sunt extrem de subtile și necesită o cantitate imensă de date pentru a fi identificate.

Soluția nu stă în energii de coliziune mai mari, ci într-un număr mult mai mare de coliziuni. Noul accelerator va multiplica de aproximativ șapte ori totalul interacțiunilor proton-proton pe durata sa de funcționare. Imaginați-vă că înlocuiți o cameră care face o fotografie pe secundă cu una care capturează șapte cadre în același interval. Fiecare imagine va părea similară, dar analizate împreună vor dezvălui detalii care altfel ar rămâne pentru totdeauna invizibile.

Revoluția noilor detectoare

Pentru fizica bosonului Higgs, acest surplus de date va avea un caracter transformator. Particula este extrem de evazivă, iar dezintegrările sale cele mai interesante, cum ar fi transformarea în doi muoni sau în quarci charm, sunt atât de rare încât rămân inaccesibile pentru acceleratorul actual. Aceste procese testează o proprietate fundamentală a bosonului: dacă interacționează cu particulele mai ușoare exact așa cum prezice modelul standard.

O prioritate absolută o reprezintă observarea perechilor de bosoni Higgs, care ar permite măsurarea pentru prima dată a autointeracțiunii acestei particule. Această măsurătoare ar dezvălui forma câmpului Higgs care umple întregul univers, oferind o fereastră către înțelegerea structurii fundamentale a realității. Provocarea tehnică este însă uriașă, deoarece fiecare încrucișare a fasciculelor de protoni va produce până la 200 de interacțiuni simultane, de câteva ori mai multe decât în prezent.

Pentru a descâlci această rețea densă de particule, sunt necesari detectoare mai rapide, mai precise și mult mai rezistente la radiații. În inima experimentelor Atlas și CMS, detectoarele de siliciu complet noi le înlocuiesc pe cele vechi, fiind proiectate să supraviețuiască unor niveluri de radiație care ar distruge rapid senzorii generațiilor anterioare. Fiecare componentă, de la modulele de pixeli asamblate la Oxford până la sistemele complexe de răcire și electronică, reprezintă o verigă esențială într-un lanț tehnologic care promite să rescrie manualele de fizică ale viitorului.

Sursa: Gizmodo.com