Szétszedik a világ legnagyobb részecskegyorsítóját: több mint egy kilométernyi mágnes kerül ki belőle

CERN-felújítás: új korszakra készül a világ legerősebb részecskegyorsítója

A CERN-ben megkezdődött a Nagy Hadronütköztető, vagyis az LHC történetének egyik legnagyobb átalakítása. Az LHC a világ legerősebb részecskegyorsítója, amely 2008 óta működik, és többek között a Higgs-bozon 2012-es felfedezésével írta be magát a tudománytörténetbe. A gyorsítót most leállították, hogy elkezdődhessen a harmadik nagy hosszú leállás, az úgynevezett Long Shutdown 3, röviden LS3. Ez nem egyszerű karbantartás, hanem egy többéves, rendkívül összetett mérnöki és tudományos felújítási program, amelynek célja, hogy az LHC-ből létrejöjjön a High-Luminosity LHC, vagyis a nagy luminozitású LHC. (home.cern⁠)

A felújítás egyik leglátványosabb része, hogy az LHC-ben több mint 1,2 kilométernyi mágnest és gyorsítóalkatrésztbontanak ki, majd új berendezésekre cserélnek. Ezek az elemek kulcsszerepet játszanak abban, hogy a protonnyalábokat pontosan irányítsák, fókuszálják és az ütközési pontok felé tereljék. A most beépülő új rendszerek között különleges, nagy teljesítményű szupravezető mágnesek, új fókuszáló egységek, vákuumtechnikai berendezések, kriogén hűtőrendszerek, elektromos és vezérlési rendszerek is szerepelnek. A munkában több ezer mérnök, fizikus, technikus és kutató vesz részt a CERN-től és nemzetközi partnerintézetektől. (home.cern⁠)

A fejlesztés fő célja nem az, hogy az LHC sokkal nagyobb energián működjön, hanem az, hogy sokkal több részecskeütközést hozzon létre. Ezt nevezzük luminozitásnövelésnek. A HiLumi LHC az eredeti tervezési értékhez képest akár tízszeresére növelheti az ütközések számát. Ez óriási előrelépést jelent, mert minél több ütközést tudnak megfigyelni, annál nagyobb eséllyel találnak ritka fizikai jelenségeket. A kutatók így pontosabban vizsgálhatják a Higgs-bozont, az anyag és antianyag közötti különbségeket, valamint a Standard Modellen túli új fizikai jelenségeket is. (Live Science⁠)

A felújítás nemcsak magát a gyorsítógyűrűt érinti. Az LHC két legfontosabb kísérlete, az ATLAS és a CMS detektor is jelentős korszerűsítésen megy keresztül. Ezeknek a hatalmas berendezéseknek a jövőben sokkal nagyobb adatmennyiséget kell kezelniük. A korábbi működés során egy nyalábkeresztezésnél nagyjából 60 proton–proton ütközés történt, a HiLumi LHC esetében viszont ez a szám 140–200 közé emelkedhet. Ez azt jelenti, hogy a detektoroknak és az adatfeldolgozó rendszereknek másodpercenként hatalmas mennyiségű eseményből kell kiválasztaniuk a tudományosan legérdekesebbeket. (home.cern⁠)

Ennek érdekében új trigger-rendszereket, fejlettebb szilíciumalapú nyomkövető detektorokat, nagy pontosságú időmérő rendszereket és korszerűbb kalorimétereket építenek be. Ezek az eszközök segítenek pontosabban megállapítani, hogy egy-egy ütközésben milyen részecskék keletkeztek, milyen energiával mozogtak, és milyen új fizikai folyamatokra utalhatnak. A korszerűsítés tehát nemcsak erősebb gépet, hanem sokkal érzékenyebb „mérőműszereket” is jelent.

A CERN teljes gyorsítókomplexumában további felújítások is zajlanak: korszerűsítik az elektromos hálózatot, a személyi biztonsági rendszereket, a műszaki alagutakat és több kapcsolódó kísérleti létesítményt. A leállás ideje alatt ugyan nem keringenek részecskenyalábok az LHC-ben, de a tudományos munka nem áll meg. A kutatók tovább elemzik az elmúlt évek során összegyűjtött hatalmas adatmennyiséget, miközben előkészítik a kísérleteket az új korszakra.

A tervek szerint a CERN gyorsítókomplexuma 2028-tól fokozatosan indulhat újra, a HiLumi LHC teljes működése pedig 2030 körül kezdődhet meg. A mostani felújítás tehát egy többéves átépítés, amelynek eredményeként a világ legerősebb részecskegyorsítója még nagyobb adatmennyiséget, pontosabb méréseket és új tudományos felfedezések lehetőségét kínálja majd. Röviden: a CERN most nemcsak javítja az LHC-t, hanem felkészíti arra, hogy a következő évtizedekben is az Univerzum legmélyebb titkait kutassa.