Ο μεγαλύτερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο αναστέλλει τη λειτουργία του από σήμερα, προκειμένου να υποβληθεί σε ένα τετραετές πρόγραμμα αναβάθμισης που αναμένεται να αυξήσει θεαματικά τις δυνατότητές του στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης και στην αποκάλυψη θεμελιωδών μυστικών του σύμπαντος.
Ο Large Hadron Collider (LHC), η κυκλική σήραγγα μήκους 27 χιλιομέτρων που βρίσκεται στις εγκαταστάσεις του CERN, κοντά στη Γενεύη, έγινε παγκοσμίως γνωστός το 2012, όταν συνέβαλε στην επιβεβαίωση της ύπαρξης του μποζονίου Higgs, γνωστού και ως «σωματίδιο του Θεού».
Σε βάθος περίπου 100 μέτρων κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα, υπεραγώγιμοι μαγνήτες και ειδικές επιταχυντικές διατάξεις επιταχύνουν πρωτόνια σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, πριν αυτά συγκρουστούν με ταχύτητες που προσεγγίζουν εκείνη του φωτός.
CERN: Αναβάθμιση με δεκαπλάσια φωτεινότητα
Κατά τη διάρκεια της τετραετούς διακοπής λειτουργίας θα πραγματοποιηθούν εκτεταμένες εργασίες εκσυγχρονισμού, ώστε ο επιταχυντής να μετατραπεί στον High Luminosity LHC (HL-LHC), ο οποίος αναμένεται να τεθεί ξανά σε λειτουργία τον Ιούνιο του 2030.
Στόχος του έργου είναι η αύξηση της «φωτεινότητας», δηλαδή του συνολικού αριθμού συγκρούσεων που πραγματοποιούνται σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, κατά δέκα φορές σε σχέση με τον σημερινό LHC.
Το κόστος της αναβάθμισης εκτιμάται στα 1,2 δισεκατομμύρια ελβετικά φράγκα (περίπου 1,5 δισεκατομμύριο δολάρια) και θα καλυφθεί από τις εισφορές των κρατών-μελών του CERN, καθώς και από συνεισφορές χωρών όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιαπωνία, ο Καναδάς και η Κίνα.
Νέοι μαγνήτες και περισσότερα δεδομένα
Οι εργασίες περιλαμβάνουν την πλήρη αντικατάσταση εξοπλισμού σε τμήμα 1,2 χιλιομέτρων της σήραγγας, με την εγκατάσταση νέων υπεραγώγιμων μαγνητών που θα συγκεντρώνουν αποτελεσματικότερα τις δέσμες πρωτονίων.
Μετά την ολοκλήρωση της αναβάθμισης, σε κάθε συνάντηση δύο δεσμών θα πραγματοποιούνται από 140 έως 200 συγκρούσεις, έναντι περίπου 60 σήμερα.
Σύμφωνα με τον επικεφαλής του έργου Markus Zerlauth, η αύξηση αυτή θα επιτρέψει στους επιστήμονες να συλλέξουν έως και 100 φορές περισσότερα δεδομένα από όσα είναι διαθέσιμα σήμερα.
Η τεχνητή νοημοσύνη στην υπηρεσία της φυσικής
Οι συγκρούσεις θα φτάνουν τα αρκετά δισεκατομμύρια ανά δευτερόλεπτο, γεγονός που καθιστά αδύνατη την αποθήκευση όλων των δεδομένων.
Για τον λόγο αυτό, συστήματα τεχνητής νοημοσύνης θα επιλέγουν σε πραγματικό χρόνο τα σημαντικότερα γεγονότα που αξίζει να καταγραφούν.
Η ερευνήτρια του πειράματος ATLAS, Nedaa-Alexandra Asbah, διευκρίνισε ότι «η τεχνητή νοημοσύνη δεν αντικαθιστά τους φυσικούς», αλλά αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο που βοηθά στην αποτελεσματικότερη αξιοποίηση των δεδομένων.
Το κυνήγι της σκοτεινής ύλης
Ένας από τους βασικούς στόχους του HL-LHC είναι η αναζήτηση νέων σωματιδίων που θα μπορούσαν να δώσουν απαντήσεις για τη σκοτεινή ύλη.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η συνηθισμένη ύλη – από την οποία αποτελούνται τα άστρα, οι πλανήτες και όλα όσα παρατηρούμε – αντιστοιχεί μόλις στο 5% του σύμπαντος. Το υπόλοιπο αποτελείται από σκοτεινή ύλη (27%) και σκοτεινή ενέργεια (68%), δύο αόρατα συστατικά που μέχρι σήμερα δεν έχουν παρατηρηθεί άμεσα.
Νέα στοιχεία για το «σωματίδιο του Θεού»
Η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012 αποτέλεσε ορόσημο για τη σωματιδιακή φυσική, καθώς εξήγησε τον τρόπο με τον οποίο τα θεμελιώδη σωματίδια αποκτούν μάζα και χάρισε το Νόμπελ Φυσικής του 2013 στους Peter Higgs και François Englert.
Μετά την αναβάθμιση, το CERN εκτιμά ότι ο HL-LHC θα παράγει περίπου 380 εκατομμύρια μποζόνια Higgs κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του, έναντι περίπου 55 εκατομμυρίων που έχουν παραχθεί από την έναρξη λειτουργίας του LHC το 2008.
Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να παρατηρήσουν για πρώτη φορά δύο μποζόνια Higgs να παράγονται και να αλληλεπιδρούν ταυτόχρονα, κάτι που ενδέχεται να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τις συνθήκες που επικρατούσαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και για την εξέλιξη του σύμπαντος.
