Eiropas Kodolpētījumu organizācijas jeb CERN zinātnieki noslēguši pēdējos darbus, lai uz četriem gadiem apturētu visus eksperimentus, kuru veikšanai nepieciešams 27 kilometrus garais Lielais hadronu paātrinātājs (LHP). Tas saistīts ar paātrinātājam nepieciešamo apkopi, kuras laikā to uzlabos, lai vēl sīkāk analizētu protonu daļiņu sadursmju rezultātā iegūtās daļiņas. Šī apkope ir īpaša arī ar to, ka pie viena no sensoriem, kas tiks ievietots detektorā, strādā arī zinātnieki no Latvijas.
Iepriekšējā LHP apkope jeb ilgstoša darbības apturēšana noslēdzās par diviem gadiem vēlāk, nekā plānots – Covid-19 pandēmijas dēļ darbi tika beigti 2022. gadā. Paredzēts, ka šoreiz darbi noslēgsies līdz 2030. gadam, kad tas sasniegs augstākā mirdzuma pakāpi (AMP), kuras laikā LHP varēs iegūt daudz vairāk datu, kas rodas protonu sadursmju rezultātos, bet datu iegūšanas periods ilgs līdz 2040. gadam. Pēc uzlabojumiem LHP varēs uztvert daudz vairāk protonu daļiņu sadursmju, kā rezultātā no tām varēs iegūt vairāk datu.
Vēl viens solis, lai atbildētu uz jautājumiem par Visuma rašanos
Zinātnieki lēš, ka pēc uzlabojumiem LHP nodrošinās līdz pat 10 reizēm vairāk protonu sadursmju, nekā sākotnēji paredzēts. Tā rezultātā fiziķi no visas pasaules varēs analizēt lielāku datu apjomu, tādējādi palielinot izredzes atklāt jaunas fizikas pazīmes, kas būtu ārpus esošā Standarta modeļa – fizikas teorijas, kas apraksta pamatdaļiņas un spēkus, ar kuriem tās iedarbojas.
Pašlaik LHP spēj radīt aptuveni trīs miljonus tā dēvēto "Dievišķo daļiņu" jeb Higsa bozona, kas ir būtiska daļa no Standarta modeļa, daļiņu gadā.
Plānots, ka jau pirmajos eksperimentos pēc atjaunošanas iegūto daļiņu skaits sasniegs vismaz 15 miljonus, kas zinātniekiem sniegs daudz plašāku un, cerams, skaidrāku priekšstatu par fundamentālo daļiņu uzvedību.
AMP projekts ir viens no lielākajiem, ko CERN īstenojis pēdējo 20 gadu laikā. Kā norāda CERN pārstāvji, tad apvienojumā ar moderniem instrumentiem un datu apstrādes rīkiem, visām komponentēm mijiedarbojoties, būs iespējams izgaismot Visuma pirmos mirkļus. AMP projekts arī ļaus pētīt līdz šim neizzinātas jomas, kurās var tikt atklāts kaut kas jauns.
Vienlaikus LHP cilpā tiks uzstādīti jauni magnēti, kas uz pusi palielinās magnētisko lauku, palīdzot atdalīt sadursmēs fiksētās daļiņas.
Jāpiemin, ka tieši CERN un LHP bija veids, kā zinātniekiem 2012. gadā izdevās pierādīt Higsa bozona daļiņas eksistenci, kas pirmo reizi bija aprakstīta aizvadītā gadsimta 60. gados.
Uzlabojumos vieta arī latviešu komandas darbam
Darbs pie LHP AMP tika uzsākts vēl iepriekšējās pauzes laikā – 2018. gadā. Kopš tā laika CERN objektos ir izveidotas pazemes kameras un dažādas virszemes ēkas. Vienlaikus paredzēts nomainīt vairāk nekā kilometru no pašreizējā LHP ar inovatīviem komponentiem.
Paralēli lielākiem darbiem zinātnieki strādājuši pie dažādiem sensoriem un citām iekārtām, kas palīdzēs uzlabot novērojamo datu apjomu. Būtisks uzlabojums gaida arī sistēmas, kas veido un liec staru kūļus, līdz tie saduras, lai tiktu šķeltas pamatdaļiņas.
Viens no galvenajiem detektoriem, kas šīs sadursmes ierauga, ir Kompaktais mionu solenoīds jeb CMS. Tas atrodas 15 kilometru attālumā no Ženēvas – nelielā Francijas pilsētiņā Sesī –, un tieši šeit tiks ievietots detektors, ko Ženēvā būvē Latvijas zinātnieki.
CMS eksperimentā Latvijas zinātnieku grupa darbojas jau kopš 2017. gada. Tā oficiāli ir Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) un Latvijas Universitātes konsorcijs, kuru šobrīd veido 13 dažādu nozaru speciālisti, tostarp no ārvalstīm.
Latviešu būvētais detektors ir 15 metrus plats un 15 metrus augsts, un tā galvenais uzdevums ir ievākt pēc iespējas lielāku skaitu daļiņu, kas radušās sadursmju rezultātā.
"Apakšdetektors, ko mēs šeit veidojam, tiks likts lielajā sensorā. Tas ir laika detektors – tas būs mazs slānis, kas uzlabos kopējo detektora efektivitāti. Mūsu detektora galvenais uzdevums ir uzņemt laika informāciju par daļiņām," sarunā ar Latvijas Televīziju sacīja RTU doktorantūras students Ojārs Mārtiņš Eberliņš.
Janvārī, kad viesojos CERN, Latvijas komanda caurulē ievietoja sijas, uz kurām pēcāk tiek liktas detektora plāksnes un sensori.
"Detektors sniegs jaunu dimensionalitāti jau tajos datos, kas ir mūsu rīcībā. Mēs iegūsim laika dimensiju par daļiņām, kas iziet cauri sensoriem, un pēc laika marķieriem varēsim atlasīt jaunās daļiņas," norāda Eberliņš.
Sensori, kuri ievietoti detektorā, ir veidoti īpaši Latvijas zinātnieku projektam un balstās uz viņu veiktajiem aprēķiniem. Kopumā detektors sastāvēs no 72 sensoru paneļiem.
Ambiciozā nākotne ar jaunu paātrinātāju
Pašlaik LHP ir 27 kilometrus gara cilpa, kas atrodas zem Šveices un Francijas, bet, lai ieskatītos vēl dziļāk Visuma vēsturē, zinātniekiem jau tagad ir skaidrs, ka nepieciešams vēl lielāks paātrinātājs.
Ideja, kura pašlaik vēl ir apspriedes stadijā, paredz 90 kilometru garas cilpas izveidi, kura sākotnēji varētu kalpot kā Higsa bozona "fabrika", sniedzot zinātniekiem iespēju vēl detalizētāk to pētīt. Otrā projekta kārta paredz paātrinātājā radīt protonu sadursmes, kuru spēks būtu daudzkārt lielāks par to, ko CERN var sasniegt plašāk.
Pirmās publiskās apspriedes sākās 18. maijā Šveicē un 4. jūnijā Francijā.
"Jo augstāku enerģijas blīvumu iespējams radīt sadursmes punktā, jo masīvākas daļiņas var radīt. Šobrīd varam radīt top kvarkus (fundamentālā elementārdaļina, kas ir Visuma matērijas pamatā – aut.), bet, ja kaut kur ārpus mūsu fizikas standarta modeļa ir masīvākas daļiņas, kas dažās teorijās spētu skaidrot tumšo matēriju, tad mēs tās nespējam sasniegt, jo mums trūkst šīs sadursmes enerģijas," 2024. gadā Latvijas Televīzijai sacīja Latvijas CMS eksperimenta grupas vadītājs Kārlis Dreimanis.
Plānotais hadronu paātrinātājs, ja tas tiks uzbūvēts, būs ne tikai iespaidīga inženierbūve, bet arī tās izmaksas pašlaik plānotas ap 20 miljardiem eiro. Ja tiks uzsākta paātrinātāja būve un viss noritēs pēc plāna, zinātnieki pirmo fāzi cer sākt 2040. gadu vidū, un tā ilgs aptuveni 15 gadus. Pēc tam, sākot no 2070. gada, ir plānots iedarbināt lielās enerģijas paātrinātāju.
