Общее расписание работы LHC

Старые странички с расписанием работы LHC: первоначальная версия (2008 год), версия 2010 года, версия 2017 года.

Рис. 1. По состоянию на 2022 год, работа коллайдера, вместе с его модернизированной версией HL-LHC, распланирована до 2038 года. Возможно, она будет продлена еще на несколько лет. Источник изображения

Большой адронный коллайдер впечатляет не только своими масштабами и технической сложностью, но и грандиозными временными рамками. LHC создавался в течение трех десятилетий — и примерно столько же он должен и проработать. Нынешние школьники успеют окончить университет, защитить диссертацию и воспитать новое поколение учеников — и всё это время коллайдер будет поставлять новые данные об устройстве микромира.

Общее расписание Большого адронного коллайдера поделено на большие многолетние блоки — сеансы работы (Runs), разделенные двухлетними паузами на модернизацию (LS, Long Shutdown). Во время сеанса работы идет набор данных; их объем определяется светимостью коллайдера. Обновление коллайдера во время технических пауз позволяет повысить светимость коллайдера или энергию столкновений, а также позволяет детекторам лучше собирать данные о результатах столкновений. Поэтому каждый новый сеанс работы приводит к скачку в количестве и качестве данных.

Если ограничиться только теми планами, которые уже одобрены Советом ЦЕРНа, то работа коллайдера и его модернизированной версии HL-LHC (High Luminosity LHC, т. е. LHC на высокой светимости) продлится примерно до 2038 года. Эта дата, впрочем, не фиксирована, а определяется главным целевым показателем: коллайдер должен проработать столько, чтобы интегральная светимость детекторов ATLAS и CMS превысила 3000 fb⁻¹.

Ниже приведены основные технические параметры каждого этапа работы.

• Сеанс Run 1 продлился с 2010 по 2012 годы. Обжегшись на аварии 2008 года, техники повышали интенсивность коллайдера очень плавно и ограничивали энергию протонных столкновений значением 8 ТэВ (против проектных 14 ТэВ). К концу 2012 года была накоплена интегральная светимость около 30 fb⁻¹, что составляет всего 1% от статистики, запланированной на весь срок работы LHC (эти значения относятся к светимости в детекторах CMS и ATLAS). Тем не менее, этого хватило, чтобы открыть бозон Хиггса, прощупать устройство нашего мира на энергии несколько ТэВ, и обнаружить несколько намеков на отклонения от Стандартной модели.
• Сеанс Run 2 продлился с 2015 по 2018 годы. Энергия столкновений была поднята до 13 ТэВ, пиковая светимость достигла и превысила проектную, поэтому темп набора интересных данных возрос в разы. Интегральная светимость, набранная детекторами ATLAS и CMS за сеанс Run 2, составила примерно 150 fb⁻¹. Детектор LHCb, в силу специфики своей работы, набирает данные более скромными темпами: интегральная светимость за сеанс Run 1 составила 3 fb⁻¹, а за сеанс Run 2 добавилось еще свыше 6 fb⁻¹. Впрочем, по состоянию на 2022 год, именно детектор LHCb поставляет самые любопытные отклонения от Стандартной модели.
• Из-за пандемии и антиковидных ограничений пауза LS2 затянулась на год, и сеанс Run 3 стартовал лишь в 2022 году. В соответствии с текущим расписанием, он продлится до конца 2025 года (рис. 1). Тренировка магнитов позволила поднять энергию столкновений протонов до 13,6 ТэВ, чуть-чуть недотянув до проектного значения 14 ТэВ. Ожидается, что светимость останется примерно на том же уровне и что к концу сеанса Run 3 детекторы ATLAS и CMS наберут еще по 250 fb⁻¹, тем самым утроив накопленную статистику. Детектор LHCb наберет примерно 25 fb⁻¹, увеличив объем данных почти в четыре раза. Это позволит проверить все отклонения, выявившиеся в ходе Run 2.
• Дальнейшее повышение светимости потребует существенной модернизации многих ключевых компонентов цепочки ускорителей и детекторов. Апгрейд займет три года, и в 2029 году Большой адронный коллайдер вступит в новую фазу работы — HL-LHC. В текущей версии глобального расписания предусмотрено еще два четырехлетних сеанса работы вплоть до 2038 года, в течение которых физики надеются увеличить набранную статистику еще на порядок, до 3000 fb⁻¹. Впрочем, по всей видимости, из-за задержек с началом сеанса Run 3 и следующей стадии коллайдера HL-LHC, эта цель к 2038 году достигнута не будет. По этой причине уже сейчас обсуждается возможность продлить работу коллайдера еще на несколько лет, вплоть до 2042 года. Решение о продлении работы HL-LHC будет приниматься во второй половине 2020-х годов.
• Во все года полноценной работы коллайдера ноябрь отводится под специальные сеансы столкновений не протонов, а ядер. Поначалу это были соударения только ядер свинца, либо асимметричные протон-ядерные столкновения, но в дальнейшем программа ядерных столкновений расширилась. В этих сеансах физики исследуют поведение сверхплотной и сверхгорячей ядерной материи, которую не получишь в соударениях одиночных протонов.

Что касается ожидаемой научной отдачи коллайдера, то она, прежде всего, зависит от устройства самой природы. Когда LHC только запускался, у физиков было лишь одно «запланированное» открытие: либо бозон Хиггса, либо что-то совсем экзотическое (взгляните на старую версию этой страницы). Сейчас, когда бозон Хиггса открыт, главной научной задачей LHC стал поиск Новой физики, более глубокого пласта реальности, на котором покоится Стандартная модель. Но это открытие — не гарантированное. Хотя физики твердо убеждены, что Новая физика существует, они не знают, на каком масштабе энергий ее эффекты начнут проступать в эксперименте. Возможно, мы уже сейчас нащупали первые ее проявления — и тогда ближайшие годы принесут фейерверк открытий. Но столь же возможно, что перед нами «Великая пустыня», несколько порядков на энергетической шкале, на которых нет никаких новых явлений, — и тогда ни LHC, ни его модернизация не даст никаких открытий.

Невозможно узнать заранее, какой вариант реализуется. Единственный способ найти достоверный ответ на эти вопросы — продолжать работу и ставить те эксперименты, до которых дотягиваются современные технологии. Физики надеются, что, вкупе с неколлайдерными экспериментами и с астрофизическими наблюдениями, они рано или поздно добудут ответы о еще более глубинном устройстве мироздания.