A CERN (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) svájci részecskegyorsítójában, a Nagy Hadronütköztetőben (Large Hadron Collider, LHC) 2018 decemberében értek végére a kísérletek második fázisának és ekkor kezdődött a Második Hosszú Leállás (Long Shutdown 2), aminek során a berendezések szükséges javítására és fejlesztésére került sor. Az Első Hosszú Leállás 2013 és 2015 között történt, az ekkor elvégzett fejlesztések a berendezés energiáját és megfigyelési képességeit is növelték - így történt a mostani munkák esetében is, amelyek valamelyest elhúzódtak, a 2018-as elképzelések szerint ugyanis 2021-ben indították volna újra a LHC-t.

A fejlesztési szakasz végül most zárult le, igaz, hogy az első, még csak tesztelésre szolgáló protonsugarat már tavaly októberben elindították, de az csak egy rövid ideig tartó próba része volt, a mai napon viszont hivatalosan is újra működésbe lépett a világ legnagyobb részecskegyorsítója és a CERN bejelentése szerint a hatalmas ütköztetőgyűrű körül hosszú idő után újra két protonsugár köröz. Ezek a sugarak, amelyeknek segítségével végzik a kutatók a potenciálisan nagy jelentőségű megfigyeléseiket a szubatomi részecskék viselkedésével kapcsolatban, jelenleg még csak alacsonyabb energiával (450 milliárd elektronvolttal) és kisebb protonszámmal működnek, a valódi eredményeket produkáló nagy intenzitású ütközésekre hónapokat kell várni - mondta el Rhodri Jones, a CERN BIG (Beam Instrumentation Group) osztályának vezetője.

Az előző fejlesztések következtében, az első és második kísérleti szakasz között, majdnem duplájára emelték az ütközések energiájának szintjét, a kezdeti 7, majd 8 TeV-ról 13 TeV-ra (13 billió elektronvolt), a mostani leállás során ezt tovább növelték majdnem 14 TeV-ra, ami soknak tűnik, de, ahogy a CERN oldalán részletezik, egy TeV valójában egy szúnyog repülés közbeni mozgási energiájának felel meg.

"Ami a Nagy Hadronütköztetőt rendkívülivé teszi az az, hogy az energiát egy szúnyognál milliószor milliószor kisebb helyre sűríti be."

Az LHC szupravezető mágnesei, amelyek mínusz 271 Celsius-fokon működnek, hogy megőrizzék szupravezető képességüket, és amelyek segítik a sugarakat a stabil pályájuk megtartásában, miközben azok a fénysebesség közeli tempóval száguldanak a 27 kilométeres ütköztetőgyűrűben, eredetileg 14 TeV energiájú ütközésekre voltak optimalizálva, de a második kísérleti szakasz indulása idején a CERN illetékesei úgy döntöttek, hogy a minél gyorsabb kísérleti eredmények születése prioritást élvez a nagyobb energiaszinttel szemben, így a műveleteket 13 billió elektronvolttal indították, ami lényegesen kevesebb ideig tartó elkészületeket igényelt, mint a 14 TeV.

A most kezdődő harmadik kísérleti szakasz során már 13,6 TeV lesz az ütközések energiaszintje, emellett pedig a detektorok érzékenységét és a szoftverek minőségét is javították, így a másodpercenkénti több mint egymilliárd protonütközésből származó adatokat is nagyobb hatékonysággal tudják majd elemezni a kutatók. Az egyik fő komponens, az ALICE detektor például immár 12 milliárd elektronikus érzékelőegységgel van felszerelve és másodpercenként 3,5 terabájt adatot képes közvetíteni, vagyis ötvenszeresére növekedett az általa mérhető nehézion ütközések száma.

Az elkövetkező négy év során, amíg a kísérletek harmadik szakasza tart, az egyik legfontosabb megfigyelési terület (a sötét anyag és sötét energia kutatása mellett), a lehetséges ötödik erő utáni nyomozás lesz, amelynek létezésére utaló jelekre az elmúlt évek során egyre gyakrabban bukkantak a tudósok, miközben a Nagy Hadronütköztető korábbi vizsgálatainak adatait elemezték. Az Atommagkutató Intézet tudósai 2016-ban és 2019-ben is publikálták a feltételezett új részecskére vagy ötödik erőre utaló megfigyeléseik eredményeiről beszámoló tanulmányaikat, majd tavaly két alkalommal is a hipotetikus leptokvarkok (vagy egy ötödik erő) nyomainak felfedezéséről szóló bejelentések láttak napvilágot. Az eredményekkel kapcsolatban minden esetben óvatosan fogalmaztak a kutatók, mivel a kísérletek többszöri megismétlése és ugyanazoknak a mérési adatoknak a megszületése szolgálhat csak bizonyítékul az új erő létezésének alátámasztására, de nem csak a Nagy Hadronütköztetőben, hanem a Fermilab Tevatronjából származó adatok is egyre inkább arra engednek következtetni, hogy a standard modell hamarosan kiegészítésre szorul majd.

A még erőteljesebb LHC kísérletei a jelenleg még kérdéses új felfedezések igazolását vagy cáfolatát is biztosíthatják.

"A példátlanul nagyszámú ütközés lehetőséget ad a CERN és a világ nemzetközi fizikuscsapatai számára a Higgs-bozon részletes megfigyelésére és arra, hogy a részecskefizika standard modelljét és annak számos kibővítését az eddigi legszigorúbb teszteknek vessék alá."

- írja a CERN.

(Fotó: Robert Hradil, Monika Majer/ProStudio22.c/Samuel Joseph Hertzog/CERN)

Egy friss kutatás újraírhatja a fizika eddig ismert szabályait A illinois-i Fermilab kutatóinak minden eddiginél pontosabban sikerült megbecsülniük a gyenge kölcsönhatásban alapvető fontosságú W-bozon tömegét, amiről kiderült, hogy nehezebb, mint a korábbi kísérletek alapján gondolták. Ha a mérések pontosságát sikerül igazolni, az alapvetően írhatja újra a részecskefizikában régóta alapvetőnek tekintett standard modellt.