Najvýkonnejší urýchľovač častíc na svete, Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) v CERN-e pri Ženeve, zastaví od pondelka svoju prevádzku na štyri roky kvôli rozsiahlej modernizácii. Cieľom je výrazne zvýšiť kapacitu kolízií a potenciál pre objavenie tmavej hmoty, jednej z najväčších záhad vesmíru.

LHC, známy svojím 27-kilometrovým kruhovým tunelom, bol kľúčový pri dokázaní existencie Higgsovho bozónu, často nazývaného „božská častica“. Tunel sa nachádza približne 100 metrov pod francúzsko-švajčiarskou hranicou, kde supravodivé magnety a urýchľovacie štruktúry poháňajú častice na extrémne energie a následne ich zrážajú.

Od pondelka sa však činnosť zastaví, aby sa zariadenie mohlo modernizovať na zvýšenie presnosti a intenzity kolízií. Po dokončení modernizácie, ktorá prinesie nový názov High Luminosity LHC (HL-LHC), sa očakáva, že urýchľovač začne svoju činnosť v júni 2030 a bude fungovať približne desať rokov.

„Toto je veľmi dôležitý moment. Od pondelka vstupujeme do novej fázy,“ uviedol Markus Zerlauth, vedúci projektu HL-LHC. Cieľom je zvýšiť „luminozitu“ – celkový počet kolízií za dané obdobie – desaťnásobne oproti LHC.

Celkové náklady na modernizáciu sa odhadujú na 1,2 miliardy švajčiarskych frankov, ktoré budú pokryté členskými príspevkami CERN-u a príspevkami v naturáliách od krajín ako USA, Japonsko, Kanada a Čína.

Modernizácia si vyžiada úplnú výmenu komponentov v 1,2 kilometri z 27-kilometrového tunela. Nové supravodivé magnety, schopné lepšie koncentrovať časticové lúče, zvýšia počet kolízií. Po uvedení do prevádzky sa očakáva, že pri každom stretnutí dvoch balíkov častíc v detektoroch dôjde k 140 až 200 kolíziám, oproti súčasným 60.

„Zvýšený počet kolízií nám umožní zhromaždiť až 100-krát viac dát,“ povedal Zerlauth. Počet kolízií bude tak vysoký – niekoľko miliárd za sekundu – že nebude možné uložiť všetky vyprodukované dáta. Výber, ktoré kolízie zaznamenať, bude musieť prebiehať v reálnom čase pomocou systémov umelej inteligencie.

„AI nenahrádza fyzikov,“ zdôraznila Nedaa-Alexandra Asbah, výskumná fyzička z experimentu ATLAS v CERN-e. „Je to mocný nástroj, ktorý nám pomáha lepšie využívať dáta.“

HL-LHC si kladie za cieľ prehĺbiť základné poznatky, čo je hlavnou misiou CERN-u. „Chceme hľadať nové častice,“ povedal Filip Moortgat, koordinátor prevádzky CMS, detektora LHC určeného na skúmanie širokého spektra fyzikálnych oblastí vrátane hľadania iných dimenzií a tmavej hmoty.

Vedci veria, že bežná hmota tvorí len päť percent vesmíru, zatiaľ čo zvyšok pozostáva z tmavej hmoty (27 percent) a tmavej energie (68 percent) – dvoch neviditeľných zložiek, ktoré zatiaľ neboli priamo detekované.

Objav Higgsovho bozónu v roku 2012 poskytol dôležitý kúsok skladačky a rozšíril chápanie toho, ako častice získavajú hmotu, čo vynieslo fyzikom Petrovi Higgsovi a Francoisovi Englertovi Nobelovu cenu za fyziku v roku 2013.

Po dokončení modernizácie CERN dúfa, že dramaticky rozšíri svoje chápanie fungovania „božskej častice“, pričom HL-LHC by mal počas svojej životnosti vyprodukovať približne 380 miliónov Higgsových bozónov, oproti 55 miliónom od začiatku prevádzky LHC v roku 2008.

Hlavnou nádejou laboratória je produkcia dvoch Higgsových bozónov súčasne, čo by bolo po prvýkrát, a ich vzájomná interakcia, čo by mohlo poskytnúť stopy o tom, ako sa náš vesmír vyvíjal krátko po Veľkom tresku.