Большой адронный коллайдер впервые смог ускорить атомы почти до скорости света, что превысило все ожидаемые показатели.
Тест стал захватывающим доказательством концепции, которая может привести к новой серии новаторских экспериментов и потенциально новым типам материи.
Обычно БАК использовался для ускорения протонов до сумасшедших скоростей внутри тоннеля длиной 27 километров и создания столкновений между ними, ради научного интереса, например, чтобы увидеть какие частицы получаются в результате столкновения.
Такие эксперименты привели к открытию бозона Хиггса в 2012 году, и множества странных новых субатомных частиц, которые дразнят ученых возможным появлением новой физики.
Но, несмотря на десятилетия экспериментов, исследователи впервые ввели в машину не просто атомные ядра, а атомы свинца, содержащие один электрон.
Эксперимент является доказательством концепции новой идеи под названием “гамма-фабрика”, которая позволит превратить коллайдер в фабрику гамма-лучей, способную производить массивные частицы и даже новые виды материи, такие как темная материя.
«Мы изучаем новые идеи о том, как мы могли бы расширить нынешнюю исследовательскую программу и инфраструктуру CERN», — говорит инженер Михаэл Шауманн: «Это первый шаг.»
Каждый год в течение четырех недель, предшествующих ежегодной зимней остановке, исследователи экспериментируют и меняют протонные столкновения на атомные ядра. Но в этом году они провели несколько дней, испытывая нечто новое — ускорение целых атомов.
Учёные не могли ранее поставить такой эксперимент в связи с тем, что атом свинца очень хрупкий и может очень просто потерять свой электрон. А взрыв высокоэнергетических пучков атомов внутри дорогого устройства окруженного чувствительными магнитами может привести к серьёзным повреждениям.
В преддверии этого испытания физики впервые ускорили ксеноновые ядра, а также частично удалили ионы свинца из Суперпротонного Синхротрона, который является вторым по величине ускорителем в CERN.Последним шагом стало введение атомов свинца в БАК.
Во время первого запуска, команда ввела 24 пучка атомов и достигла низкоэнергетического стабильного пучка в течение часа.
Затем БАК был включен на полную мощность и поддерживал луч около двух минут.
«Если слишком много частиц отклоняется от курса, БАК автоматически сбрасывает луч», — говорит Шауманн: «Нашим главным приоритетом является защита БАК и его магнитов.»
После сброса команда попыталась использовать только шесть сгустков атомов и в этот раз смогла сохранить луч на протяжении двух часов, потом они намеренно сбросили его.
«Мы рассчитали, что время жизни этого особого вида пучка внутри БАКа составит не менее 15 часов», — говорит физик Витольд Красни, возглавляющий группу исследователей проводящих атомные эксперименты: «Мы были удивлены, узнав, что продолжительность жизни может достигать 40 часов. Теперь вопрос в том, можем ли мы сохранить тот же срок службы пучка при более высокой интенсивности, оптимизировав параметры коллиматора, которые все еще были настроены для протонов во время этого специального запуска.»
Если исследователи смогут оптимизировать эти пучки атомов, то следующий шаг поднимет эксперименты на новый уровень. Ученые хотят заставить атомы прыгать, так как когда электрон падает вниз, он создает энергию в виде частицы света. И тут начинается самое интересное.
Внутри коллайдера атом двигался бы со скоростью, близкой к скорости света, и поэтому энергия частицы света была бы невероятно высока, и ее длина волны была бы сжата, превратив ее в гамма-луч.
Гамма-лучи будут достаточно мощными, чтобы производить такие частицы, как кварки, электроны и мюоны. И они также смогут трансформироваться в массивные частицы и потенциально даже новые типы материи, такие как темная материя.
Несомненно, учёным предстоит длинный, но захватывающий, путь к новым открытиям.
