De Large Hadron Collider (LHC) krijgt een grote boost in zijn prestaties. Helaas, voor fans van baanbrekende natuurkunde, moet het hele gebeuren twee jaar worden stilgelegd terwijl het werk is gedaan. Maar zodra het weer actief is, maken de verbeterde mogelijkheden het nog krachtiger.
De essentie van de Large Hadron Collider is om deeltjes te versnellen en ze vervolgens in kamers te laten botsen. Camera's en detectoren zijn getraind in deze botsingen en de resultaten worden tot in de kleinste details gevolgd. Het draait allemaal om het ontdekken van nieuwe deeltjes en nieuwe reacties tussen deeltjes, en kijken hoe deeltjes vergaan.
Deze shutdown heet Long Shutdown 2 (LS2.) De eerste shutdown was LS1 en vond plaats tussen 2013 en 2015. Tijdens LS1 werd de kracht van de collider verbeterd, evenals de detectiemogelijkheden. Hetzelfde zal gebeuren tijdens LS2, wanneer ingenieurs het hele acceleratorcomplex en de detectoren zullen versterken en upgraden. Het werk is in voorbereiding voor de volgende LHC-run, die in 2021 zal beginnen. Het is ook ter voorbereiding op het project genaamd het High-Luminosity LHC (HL-LHC) -project, dat begint in 2025.
De reeks experimenten tussen LS1 en LS2 wordt de tweede reeks genoemd en ging van 2015 tot 2018. Die reeks leverde een aantal indrukwekkende resultaten op en een hoop gegevens die nog moesten worden verwerkt. Volgens CERN produceerde de tweede run 16 miljoen miljard proton-proton-botsingen met een energie van 13 TeV (tera-elektronenvolt) en grote datasets voor lood-lood-botsingen met een energie van 5,02 TeV. Dit betekent dat er het equivalent is van 1000 jaar 24/7 videostreaming opgeslagen in het gegevensarchief van CERN.
"De tweede run van de LHC was indrukwekkend ..." - Frédérick Bordry, CERN-directeur voor versnellers en technologie.
De enorme cache met gegevens van de experimenten tijdens de tweede run van LHC maakt de data van de eerste run kleiner, en dat komt allemaal omdat het energieniveau van de botser bijna werd verdubbeld tot 13 TeV. Het wordt steeds moeilijker om het energieniveau van een botser te verhogen, en deze tweede uitschakeling zal de energie verhogen van 13 TeV naar 14 TeV.
"De tweede run van de LHC was indrukwekkend, aangezien we onze doelstellingen en verwachtingen ver konden overtreffen, met vijf keer meer gegevens dan tijdens de eerste run, met een ongekende energie van 13 TeV", zegt Frédérick Bordry, CERN-directeur voor accelerators en technologie. "Met deze tweede lange stilstand die nu begint, zullen we de machine voorbereiden op nog meer botsingen met de ontwerpenergie van 14 TeV."
Bij elke maatregel is de LHC een succes geweest. Decennia lang was het bestaan van het Higgs-deeltje en het Higgs-veld de centrale vraag in de natuurkunde. Maar de technologie en engineering die nodig waren om een botser te bouwen die krachtig genoeg was om te ontdekken dat deze eenvoudigweg niet beschikbaar was. De constructie van de LHC maakte de ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012 mogelijk.
"Het Higgs-deeltje is een bijzonder deeltje ..." - Fabiola Gianotti, directeur-generaal van CERN.
"Naast vele andere mooie resultaten hebben de LHC-experimenten de afgelopen jaren enorme vooruitgang geboekt bij het begrijpen van de eigenschappen van het Higgs-deeltje", voegt Fabiola Gianotti, directeur-generaal van CERN, toe. “Het Higgs-deeltje is een speciaal deeltje, heel anders dan de andere tot nu toe waargenomen elementaire deeltjes; de eigenschappen ervan kunnen ons nuttige aanwijzingen geven over natuurkunde buiten het standaardmodel. ”
De ontdekking van het lang-theoretische Higgs-deeltje is de bekroning van de LHC, maar niet de enige. Veel onderdelen van het standaardmodel van de natuurkunde waren moeilijk te testen voordat de LHC werd gebouwd. Honderden wetenschappelijke artikelen zijn gepubliceerd over de resultaten van de LHC en er zijn enkele nieuwe deeltjes ontdekt, waaronder de exotische pentaquarks en een nieuw deeltje met twee zware quarks, genaamd "Xicc ++".
Na de upgrades in LS2 begint de derde run. Een van de projecten in de derde run is het High-Luminosity LHC (HL-LHC) -project. Lichtsterkte is een van de twee belangrijkste overwegingen bij botsers. De eerste is spanning, die tijdens LS2 wordt verbeterd van 13 TeV naar 14 TeV. De andere is helderheid.
Lichtsterkte betekent een groter aantal botsingen en dus meer gegevens. Omdat veel van de dingen die natuurkundigen willen observeren zeer zeldzaam zijn, vergroot een groter aantal botsingen de kans om ze te zien. In 2017 produceerde de LHC ongeveer drie miljoen Higgs-bosonen per jaar, terwijl de LHC met hoge helderheid minstens 15 miljoen Higgs-bosonen per jaar zal produceren. Dit is belangrijk, want hoewel het een enorme prestatie was om het Higgs-deeltje te detecteren, zijn er nog steeds veel natuurkundigen niet op de hoogte van het ongrijpbare deeltje. Door het aantal geproduceerde Higgs-bosonen te vervijfvoudigen, zullen natuurkundigen veel leren.
"De rijke oogst van de tweede serie stelt de onderzoekers in staat om te zoeken naar zeer zeldzame processen." - Eckhard Elsen, directeur onderzoek en informatica bij CERN.
Alle gegevens die vanaf de tweede run van de LHC bij CERN zijn opgeslagen, betekenen dat natuurkundigen tijdens LS2 bezig zullen blijven. Er kunnen dingen verborgen zijn in die enorme verzameling gegevens die nog niemand heeft gezien. Er zal geen rust zijn voor het gretige leger van deeltjesfysici van de mensheid.
"De rijke oogst van de tweede run stelt de onderzoekers in staat om naar zeer zeldzame processen te zoeken", zegt Eckhard Elsen, directeur Research and Computing bij CERN. "Ze zullen tijdens de volledige shutdown druk bezig zijn met het onderzoeken van de enorme gegevenssteekproef op mogelijke handtekeningen van nieuwe fysica die niet de kans hebben gehad om uit de dominante bijdrage van de standaardmodelprocessen te komen. Dit zal ons naar de HL-LHC leiden wanneer het gegevensmonster met nog een andere orde van grootte zal toenemen. ”
- CERN Press Release: LHC bereidt zich voor op nieuwe prestaties
- CERN Press Release: CERN's LHCb-experiment rapporteert observatie van exotische pentaquarkdeeltjes
- CERN Press Release: Het LHCb-experiment is verheugd om de waarneming van een nieuw deeltje met twee zware quarks aan te kondigen
- CERN-webpagina: LHC met hoge helderheid
- CERN-persbericht: De LHC: een sterkere machine
- Wikipedia-vermelding: Higgs-deeltje
- CERN-webpagina: het standaardmodel
