大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のとき 2008年に運用を開始したが、目標はほとんど達成できないように思われた: ビッグバン直後の状態をほんの一瞬だけ再現します。 4 年後、現代物理学の最大の偉業の 1 つであるヒッグス粒子が発見されました。
それ以来、この加速器は何十億もの陽子衝突を引き起こし、前例のない精度で自然の基本粒子を研究することを可能にし、標準模型を超える新しい物理学の兆候を探求しましたが、これまでのところ成功していません。 約 20 年間の運用と 3 回の実験キャンペーンを経て、現在、 史上最大の科学機器が暗転した。しかし、それは彼が使命を終えたからではありません。まったく逆です。
CERNは、LHCをより強力なマシンである高輝度大型ハドロン衝突型加速器（高輝度LHCまたはHL-LHC）に改造するために、2030年まで続く技術的停止を開始した。 エネルギーが高まるのではなく、生産性がはるかに高まります。 粒子加速器について話すとき、その改善は衝突エネルギーの増加であると考えるのが一般的です。 この場合、何か違うことが起こります。 HL-LHC は、実質的に同じ最大エネルギー (13.6 テラ電子ボルト) を維持しますが、生成される衝突の数は劇的に増加します。鍵となるのは「明るさ」と呼ばれる概念です。
基本的に、より強力なカメラを作る代わりに、より多くの写真を撮るでしょう。新しいインフラのおかげで、 この加速器は、元の LHC よりも寿命中に約 10 倍多くの衝突を発生させ、約 10 倍のデータを収集できるようになります。。 何が変化しているのでしょうか?今後 4 年間で、いくつかの部品が交換されるだけではありません。何千人ものエンジニアと技術者が加速器インフラストラクチャとその実験の大部分を更新する予定です。
声明によると、最も重要な改良点の一つは、衝突直前に陽子線をより良く集中させることができる新しい超電導磁石だという。これらの磁石、cニオブ錫技術を使用して構築されており、これまでに使用されていたものよりもはるかに強力な磁場を生成し、ビームを非常に小さなサイズに圧縮することができます。 クラブキャビティとして知られる特別な高周波キャビティ (カニの穴）、衝突前に陽子パケットをわずかに傾けて両方のビーム間の重複領域を増やし、有効な衝突の数を増やします。
一方、大型の検出器などは、 ATLAS と CMS は、コンポーネントの多くが実質的に再構築される予定です 現在よりもはるかに大量のデータをサポートします。新しい電子システム、より正確な検出器、より高速な処理アルゴリズムにより、毎秒何百万もの衝突の中から本当に興味深い出来事を区別できるようになります。
しかし、なぜこれほど多くの衝突を発生させる必要があるのでしょうか?なぜなら、今日の物理学が求めている答えは非常にとらえどころがないからです。多くの仮説上の粒子やプロセスは、数十億回の衝突の中で 1 回しか出現しない可能性があります。 これらの条件が再現される回数が増えるほど、非常に珍しい現象が観察される可能性が高くなります。実際には、 主な目的の 1 つは、これまでに達成されたことのない精度でヒッグス粒子を研究することです。
粒子の発見は最初のステップにすぎませんでした。今、物理学者が望んでいるのは、 それがそれ自体とどのように相互作用するか、他の粒子とどのように結合するか、そして標準モデルの予測からわずかな逸脱を示すかどうかを非常に詳細に知ることができます。 どんなに微細な違いであっても、その違いはまったく新しい物理学の存在を示す可能性があります。 光度の増加により、暗黒物質やその他のまだ未知の粒子の可能性のある候補を探索する際の感度が向上することに加えて、クォーク、レプトン、または重物質を含む粒子に関連する非常にまれなプロセスを調査することも可能になります。
しかし、LHC はオフのままであっても、CERN はアイドル状態からは程遠いでしょう。コライダー自体を変形させるだけでなく、 CERNはこの期間を利用して加速器施設の大部分を更新する予定です、実験施設を近代化し、電気およびセキュリティシステムを更新し、今後数十年の研究に向けて多数のインフラストラクチャを適応させます。
したがって、フランスとスイスの国境の下に位置する27キロメートルのトンネルは、今後4年間、陽子線が内部を循環しない状態が続くことになる。その代わりに、 エンジニア、溶接工、技術者、極低温学者、超電導専門家、研究者が何千もの部品を分解、交換、再校正しています。 すべてが計画通りに進めば、高輝度LHCは2030年に運転を開始することになる。そして、加速器がこれまでよりも高いエネルギーで陽子を衝突させるのではなく、これまでに見たことのない強度で陽子を衝突させる新たな段階が始まることになる。逆説的に言えば、それによって私たちは周囲の宇宙をより多く見ることができるようになります。
