برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC)، بزرگترین و قدرتمندترین شتابدهنده اتم جهان در سازمان CERN، وارد یک دوره خاموشی چهارساله شده است تا به کارآمدترین و قدرتمندترین نسخه خود تا به امروز تبدیل شود.
این شتابدهنده ذرات در روز دوشنبه اخیر خاموش شده و طبق برنامهریزیها، در سال ۲۰۳۰ با نام «برخورددهنده هادرونی بزرگ با درخشندگی بالا» (HiLumi LHC) دوباره به چرخه فعالیت بازخواهد گشت. این ارتقا به دستگاه اجازه میدهد تا تقریباً ۱۰ برابر ذرات بیشتری نسبت به طراحی اولیه خود به یکدیگر بکوبد. دادههای حاصل از این فعالیت میتواند به اکتشافات جدیدی در فیزیک بنیادی کمک کند و ابعاد تازهای از ماهیت ماده تاریک، پادماده و جهان اولیه را روشن سازد.
از زمان نخستین برخورد موفقیتآمیز پروتون در سال ۲۰۰۹، شتابدهنده LHC به فیزیکدانان اجازه داده است تا نظریههای مربوط به فیزیک ذرات و مدل استاندارد جهان کوچکتر از اتم را آزمایش کنند. این دستگاه برای کشف بوزون هیگز (Higgs boson) در سال ۲۰۱۲ حیاتی بود؛ ذرهای که به درک چگونگی جرمدار شدن ذرات بنیادی کوچک کمک کرد. این شتابدهنده در یک تونل دایرهای شکل به طول ۲۷ کیلومتر در مرز بین فرانسه و سوئیس در نزدیکی ژنو قرار دارد.
خاموشی فعلی، سومین توقف طولانیمدت و برنامهریزیشده در فعالیت این برخورددهنده است. اولین توقف که یک دوره دوساله بود و در سال ۲۰۱۳ آغاز شد، اتصال بین آهنرباهای ابررسانا را تقویت کرد و انرژی پرتوهای پروتون برخوردکننده را افزایش داد. توقف دوم نیز از سال ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۲ به طول انجامید و شامل مجموعهای از ارتقاها، تعویض قطعات و تعمیرات پیشگیرانه بود.
در دوره خاموشی فعلی که «خاموشی طولانی ۳» (LS3) نامیده میشود، متخصصان ارتقاهایی را برای افزایش ۱۰ برابری درخشندگی برخورددهنده اعمال خواهند کرد. این امر تعداد برخوردهای ذرات را افزایش میدهد و تعداد دفعاتی را که ذرات به یکدیگر برخورد میکنند، در مقایسه با ساختار فعلی تقریباً سه برابر میکند. زمانی که نسخه نهایی این شتابدهنده ذرهای آنلاین شود، تا پایان عمر عملیاتی خود در دهه ۲۰۴۰ کار خواهد کرد و پس از آن، برای جایگزینی با یک شتابدهنده ذرهای جدید با انرژی بالاتر کنار گذاشته میشود.
این پیشرفت به این معنی است که آزمایشها دادههای بسیار بیشتری تولید خواهند کرد و به دانشمندان اجازه میدهند پدیدههای شناختهشده مانند بوزون هیگز را با جزئیات بیشتر مطالعه کنند و شانس مشاهده رویدادهای نادر را افزایش دهند. بهعنوان مثال، انتظار میرود HiLumi LHC در طول عمر حدوداً ده ساله خود حدود ۳۸۰ میلیون بوزون هیگز تولید کند، درحالیکه این رقم تا به امروز ۵۵ میلیون بوده است.
این دادهها میتوانند به دانشمندان در حل مشکلات مدل استاندارد کمک کنند؛ مدلی که درحالحاضر ماده تاریک یا انرژی تاریک (اشکال اصلی جرم و انرژی در جهان) را در خود جای نداده است.
اگرچه LHC در طول دوره خاموشی هیچ ذرهای را به یکدیگر نخواهد کوبید، اما پژوهشگران به تحلیل دادههایی که پیش از این در طول آزمایشها و در پنجره عملیاتی قبلی جمعآوری شدهاند، ادامه خواهند داد. با وجود اینکه هدف اصلی LHC تحقیقات فیزیک بنیادی است، فناوریهای مورد استفاده برای ارتقای این برخورددهنده میتوانند راه خود را به زندگی روزمره باز کنند. به عنوان مثال، برخی از ابزارها و تکنیکهایی که در ابتدا در سرن توسعه یافتهاند، اکنون در تصویربرداری پزشکی، حسگرها و ترمیم آثار هنری استفاده میشوند.
