Large Hadron Collider a accelerat primii „atomi”

Acceleratorul Large Hadron Collider (LHC), care a fost construit într-un tunel circular subteran aflat la graniţa dintre Elveția și Franța, a reuşit să accelereze primii „atomi” până aproape de viteza luminii, iar rezultatele au „depășit previziunile” fizicienilor.

Testul a demonstrat valabilitatea unui concept care ar putea conduce la o nouă serie de experimente fundamentale și, eventual, la descoperirea unor noi tipuri de materie, cum ar fi materia întunecată.

Large Hadron Collider este renumit pentru accelerarea şi ciocnirea unor fascicule de protoni până la viteze apropiate de cea a luminii în interiorul unui tunel circular având o lungime de 27 kilometri. În urma acestor coliziuni există posibilitatea să se formeze noi particule, indiferent dacă acestea au fost teoretizate în prezent sau nu.

Experimentele desfăşurate cu ajutorul LHC au condus la descoperirea bosonului Higgs în anul 2012 și de atunci au mai fost descoperite numeroase alte particule subatomice ciudate ale căror proprietăţi au sugerat necesitatea elaborării unor teorii în afara Modelului Standard.

Large Hadron Collider. Credit: Maximilien Brice, Julien Ordan/CERN

După un deceniu de experimente în cadrul Large Hadron Collider, este pentru prima dată când cercetătorii au reuşit să accelereze în interiorul acestuia „atomi” de plumb având un singur electron.

Experimentul reprezintă demonstraţia unui concept conform căruia acceleratorul de particule LHC s-ar putea transforma într-un generator de raze gamma capabil să producă particule masive și chiar noi tipuri de materie, cum ar fi materia întunecată.

„Investigăm noi concepte privind modalitatea prin care am putea extinde actualul program de cercetare și infrastructura existentă din cadrul CERN, iar înţelegerea direcţiilor posibile de cercetare reprezintă doar primul pas”, a declarat Michaela Schaumann, inginer în cadrul LHC.

În fiecare an, în cele patru săptămâni înainte de perioada de oprire de iarnă, cercetătorii realizează noi experimente bazate pe coliziunea fasciculelor de protoni din LHC. În acest an, timp de câteva zile, ei au cercetat ceva cu totul nou: accelerarea unor „atomi” de plumb.

Motivul pentru care oamenii de ştiinţă nu au efectuat niciodată acest tip de experiment se explică prin faptul că acești „atomi” de plumb pot pierde accidental electronul pe care îl conțin, ceea ce ar face ca nucleele să se lovească de peretele tunelului acceleratorului, deoarece sarcina lor electrică nu se mai sincronizează cu câmpul magnetic al LHC. După cum vă imaginați, acest lucru nu trebuie să se întâmple, acceleratorul fiind o instalaţie complexă, scumpă, care utilizează magneți foarte sensibili.

În consecinţă, în primul test, fizicienii au accelerat mai întâi nuclee de xenon în LHC și au testat, de asemenea, ioni de plumb în Super Proton Synchrotron, al doilea cel mai mare accelerator de la CERN.

Injectarea „atomilor” de plumb în LHC a fost ultima etapă a testului.

În timpul primei etape a experimentului, cercetătorii au injectat 24 de „atomi” în interiorul LHC și au obţinut un fascicul stabil, având o energie redusă, timp de aproximativ o oră.

Ulterior, fizicienii au utilizat LHC la puterea maximă și au menținut fasciculul de „atomi” pentru aproximativ două minute înainte de oprirea acceleratorului.

„Dacă un număr mare de particule ies de pe traiectoria normală, LHC oprește automat fasciculul format. Principala noastră prioritate este de a proteja LHC și magneții săi”, a declarat Schaumann.

În continuare cercetătorii au injectat doar 6 atomi în interiorul LHC și de această dată au reușit să mențină un fascicul stabil timp de două ore înainte de oprirea intenționată a acestuia.

„Am prezis că durata de viață a acestui tip special de fascicul în interiorul LHC va fi de cel puțin 15 ore. Am fost surprinși să aflăm că durata de viaţa a acestuia ar putea fi de aproximativ 40 de ore.

Acum întrebarea este dacă putem păstra aceeași durată de viață a fasciculului la o intensitate mai mare prin optimizarea setărilor colimatorului, care erau configurate pentru protoni în timpul acestei etape speciale a experimentului”, a declarat fizicianul Witold Krasny care conduce o echipă de cercetători ce studiază aceste tipuri de experimente.

Dacă cercetătorii vor reuşi să optimizeze aceste fascicule de „atomi”, următorul pas ar fi ca acești „atomi” care circulă prin accelerator să fie bombardaţi cu laser, ceea ce determină trecerea electronului pe un nivel mai ridicat de energie.

La revenirea electronului pe nivelul de energie mai scăzut, „atomul” va emite un foton.

Dacă în interiorul LHC „atomul” se deplasează cu o viteză apropiată de viteza luminii, atunci fotonul emis va avea o energie incredibil de mare şi o lungime de undă foarte mică, transformându-se într-o rază gamma.

Aceste raze gamma ar putea fi suficient de puternice pentru a produce particule cum ar fi quarcuri, electroni și miuoni. Iar acestea, la rândul lor, ar putea forma particule masive și, eventual, chiar noi tipuri de materie, cum ar fi materia întunecată.

„Toate acestea ar putea fi, de asemenea, sursa unor noi tipuri de fascicule de particule, cum ar fi un fascicul de miuoni”, se arată într-un comunicat al CERN.

Până atunci mai sunt multe etape de parcurs, dar experimentul de faţă este un prim pas interesant care ar putea deschide o nouă direcţie de cercetare în cadrul LHC.

Sursă: Science Alert