Работы на Большом адронном коллайдере вступают в следующую стадию

30 марта на Большом адронном коллайдере начались столкновения протонов с энергией 3,5 ТэВ и стартовал первый полноценный научный сеанс работы коллайдера. Если до этого основная часть времени уходила на тесты и отладку ускорителя, то сейчас акцент смещается на накопление как можно большей статистики протонных столкновений. Чем больше столкновений будет зарегистрировано, тем более редкие события в ней можно будет углядеть, а значит, тем более интересные физические результаты можно будет получить на ее основе.

За прошедшие почти две недели состоялось несколько длительных циклов набора статистики. В каждом цикле пучки в режиме по два сгустка на пучок впрыскивались в ускоритель, примерно за 40 минут разгонялись до энергии 3,5 ТэВ и затем в течение нескольких часов сталкивались (рекорд пока — 19 часов непрерывных столкновений), а все четыре детектора регистрировали по нескольку десятков столкновений в секунду. Убедившись в том, что 3,5-тэвные пучки стабильны, управляемы и сталкиваются так, как надо, физики приступили к следующему этапу ввода коллайдера в строй — увеличению его светимости. Именно этой задачей они будут заниматься ближайшие несколько месяцев.

Сейчас светимость составляет лишь десятимиллионную долю от расчетного значения. Увеличивать ее будут последовательно в несколько шагов. Во-первых, пучки будут сжимать в поперечных размерах: чем плотнее сжаты пучки в месте встречи, тем больше вероятность столкновения отдельных протонов. Этот этап уже успешно был пройден 7 апреля. Правда, сгустками теперь стало труднее «попадать» друг по другу, и поэтому потребуется некоторая доводка поперечных координат пучков, после которой частота столкновений должна возрасти в несколько раз.

Следующим шагом станет увеличение «интенсивности» сгустков, то есть количества протонов в каждом из них. Первоначально столкновения проводились со сгустками по 5 млрд протонов (это так называемый «пилотный пучок»). В ходе опытов ночью с 9-го на 10 апреля интенсивность одного сгустка была успешна доведена до проектного значения — 100 млрд протонов. Таким образом, в ближайшие дни стоит ожидать перехода к повышенной интенсивности (20–30 млрд протонов на сгусток), а значит, и дальнейшее увеличение частоты столкновений.

Ожидается, что эти изменения будут реализованы в ближайшие пару недель. После этого специалисты приступят к третьей фазе повышения светимости — увеличению количества сгустков в каждом пучке. Вначале их число будет доведено до 4, затем до 43, потом до 156 (проектное значение — 2808, но к нему в ближайшие два года стремиться не будут). Этот этап займет несколько месяцев, поскольку увеличение количества сгустков означает повышение энергии всего пучка, а это необходимо делать чрезвычайно осторожно, с многочисленными проверками. Если это будет успешно реализовано, то частота столкновений возрастет примерно на 3 порядка по сравнению с текущими значениями, и только в этом случае можно будет надеяться получить первые интересные результаты на LHC к концу 2011 года.

Подробности работы в течение последних двух недель можно узнать из доклада LHC status report, представленного 9 апреля. Примерный план увеличения светимости см. на странице LHC 2010 potential luminosity performance.