קהילת הפיסיקאים מצפה לתגליות חדשות עם התנעתו מחדש של המאיץ בסרן, לאחר שידרוגו ל- TeV 13

“הLHC- היא ההזדמנות היחידה שלנו לפחות ב-15 השנים הקרובות לקדם את הידע שלנו אודות מבנה החומר, הכוחות והחלקיקים בטבע. ” אומר פרופ’ עילם גרוס ממכון ויצמן המוסיף גם כי לישראל יש תרומה גדולה הן בהיבט בניית המאיץ, והן בהיבט המחקרי

מאיץ החלקיקים הגדול ביותר בעולם – מאיץ ההדרונים הגדול (LHC) חזק יותר כעת לאחר שהחל את הרצתו השניה החודש. ההרצה הראשונה של המאיץ הובילה לגילויו של בוזון היגס בשנת 2012. לאחר ההשבתה המתוכננת לצרכי תחזוקה בתחילת 2013, ה-LHC מוכן כעת לחקור מתחמים שלמים של פיסיקת החלקיקים במהלך שלוש השנים הבאות.

בנוסף לחקר בוזון היגס בדיוק רב יותר, יחפשו הפיסיקאים אחר עדויות לקיומם של חלקיקים חדשים מעבר למודל הסטנדרטי- המתאר את כל החלקיקים התת אטומיים הידועים. כמה תיאוריות כגון סופר-סימטריה, חוזות קיומם של חלקיקים אקזוטיים שאמורים להופיע בהתנגשויות באנרגיות גבוהות ב-LHC.
אפשרות נוספת היא שיתגלו ממדים נוספים מעבר לארבעת הממדים המוכרים לנו של הזמן-מרחב. הפיסיקאים גם ינסו לאתר את החומר האפל המסתורי האחראי למרבית המסה ביקום. מועמדים לשמש כמרכיבים את החומר האפל (חומר שאינו מקרין בשום תחום תדרים, אך הכבידה שלו מהווה את מרבית הכבידה ביקום א.ב.) צצים תכופות בתיאוריות הפיסיקליות מעבר למודל הסטנדרטי, לרבות אלו שהוזכרו כאן – הסופר סימטריה והממדים הנוספים.

השינוי הדרמטי ביותר ב-LHC הוא שהאנרגיה של ההתנגשויות כמעט תוכפל ותגיע ל- TeV 13 (טרה אלקטרון וולט) בשנת 2015 בהשוואה ל-8 TeV ב-2012.
גם עוצמתן של הקרניים המתנגשות (המכונה תאורה – luminosity) תהיה גבוהה יותר, דבר שייצר יותר התנגשויות בשניה. השיוב של הגברת האנרגיה והגברת התאורה משמעותם גידול עצום בכמות הנתונים שייוצרו ויתן כוח סטטסיטי רב יותר לניתוח. בנוסף ההתנגשויות באנרגיות גבוהות יותר עשויות לייצר חלקיקים חדשים ואולי אף תופעות שטרם ראינו.

אנרגיות יותר גבוהות יפיקו חלקיקים בעלי מסות גדולות יותר

“הLHC- היא ההזדמנות היחידה שלנו לפחות ב-15 השנים הקרובות לקדם את הידע שלנו אודות מבנה החומר, הכוחות והחלקיקים בטבע. ” אומר פרופ’ עילם גרוס ממכון ויצמן, שעמד בראש הקבוצה שחיפשה אחר ההיגס ולבסוף גם גילתה אותו בפרויקט אטלס בסרן,

“מעבר למדידות מדויקות יותר של מה שכבר ראינו כמו חלקיק ההיגס, אני מאוד מקווה שניתקל בקצה הקרחון של הפיסיקה החדשה שאנחנו יודעים שהיא חייבת להיות שם אך איננו יודעים היכן. ה-LHC יספק את ההזדמנות היחידה לגלות את הפיסיקה שמעבר להיגס. תחושת הבטן של רבים מאיתנו היא שגילוי הההיגס היה סוף של עידן והשנים הקרובות יהוו תחילתו של עידן חדש בפיזיקה של המאה ה-21 ואם אני לוקח את התפתחות הפיזיקה המאה ה-20 כמדד, יש את כל הסיבות להיות אופטימיים ולחשוב שבעוד 100 שנה כשנסגור את המאה ה-21 ההבנה שלנו היום תיראה בתולית ביחס למה שנדע אז. אנו עשויים לגלות האם מעבר למודל הסטנדרטי קיימת סופר סימטריה או אולי ממדים נוספים, ואנחנו מקווים שה-LHC באנרגיות הגבוהות יתחיל את המסע למהפכה של פיזיקת החלקיקים של המאה ה-21.

מה המשמעות של שידרוג המאיץ לאנרגיות של 13 TeV?
“ברגע שאתה מכפיל את האנרגיה אתה גם מכפיל את הנגישות שלך לחלקיקים כבדים יותר משום שאינך יכול לגלות חלקיקים יותר כבדים מהאנרגיה שאיתה אתה מתנגש. בגלל הנוסחה של איינשטיין E=MC^2ֶ יש שקילות מלאה בין אנרגיה למסה. הגובל העליון של המסה אליה אתה יכול להגיע אליו תלוי באנרגיית ההתנגשות. ולכן הכפלת אנרגית ההתנגשות תכפיל את טווח המסה של החלקיקים אותם אנו מסוגלים לגלות.”

“מהצד של המחקר כידוע המדענים הישראלים מעורבים כעת חזק בחקר תכונותיו של חלקיק היגס ובחיפוש אחר פיזיקה חדשה בין אם מדובר בסופר סימטריה, חומר אפל או חלקיקי היגס חדשים נוספים. “מדובר בתרומה עם השפעה משמעותית. אנחנו מובילים את החיפושים הללו.” מסכם פרופ’ גרוס.

בישראל נבנה הדור הבא של גלאי המיואונים
בעת הקמת המאיץ הוחלט לרכז את כל הפעילות הישראלית סביב גלאי אחד – גלאי המיואנים במתקן אטלס, וכך חברו להם מכון ויצמן, הטכניון ואוניברסיטת תל אביב. הגלאים נבנו בעיקר במכון ויצמן, ועברו בדיקות באוניברסיטת תל אביב ובטכניון.

“השידרוג איפשר עליה ברמות האנרגיה, ולא השפיע על הגלאים.” אומר פרופ’ אהוד דוכובני ממכון ויצמן. “היה בו צורך בעקבות התקלה הגדולה שהתרחשה ב-2009 במגנטים של המאיץ, כתוצאה מחלק אחד שהתפוצץ וגרם לפגיעה במגנטים. חיבור קטן שתוכנן לא נכון ובוצע לא טוב והוביל לפליטת חום כשל זו של נורת חשמל קטנה גרם לנזק ענק – 100 מיליון דולר. למרבה השעשוע גרר הפיצוץ לקירור המנהרה עקב שחרור כמויות עצומות של חנקן והליום נוזלים. לאחר תיקון החלק הפגוע הוחלט להפעיל את המאיץ הענק בכחצי מיכולתו, וב-2012 החל התיקון. מהנדסי סרן סגרו את המאיץ כמעט לשנתיים פתחו כל אחד מהמגנטים והחליפו את החיבורים בחיבורים מסוג חדש.

מפעילי הגלאים ובהם חברי הקבוצה הישראלית ניצלו את הזמן כדי לתקן או להחליף (לפי הצורך) גלאים פגומים אבל לדברי פרופ’ דוכובני כבר מתכוננים לשידרוג הבא ובונים את הדור הבא של הגלאים הנבנים במכון ויצמן כבעבר תוך שיתוף מלא והרמוני עם אוניברסיטת ת”א והטכניון.

ניתן להשוות את חלקינו בגלאי המיואנים למתריעים בשער. אתה בעיר בצורה ולא יודע מתי עומדים אויבים לתקוף ולכן אתה מציב שומרים בשער. מרבית הלילות עוברים בשקט אבל לעיתים יש אירוע שבו מזעיקים השומרים את הצבא. אנחנו סוג של שומרים, ברגע שרואים משהו חשוד בהתנגשות מסויימת אנחנו אלה שמזעיקים את כל השאר.”

“אנו מסיימים כעת חמש שנים של פיתוח הגלאים, ומקווים שבמהלך השנה נתחיל בבנייתם משום שהם צריכים להיות מוכנים ולהגיע לסרן בשנת 2017 לקראת השידרוג הבא הצפוי לשנת 2018.

במקביל שותפים שלושת המוסדות הישראלים בניתוח הנתונים, תחום שיהיה לו ביקוש גובר עקב הגידול העצום הצפוי בכמות ההתנגשויות לשניה, התנגשויות שיניבו נתונים רבים שיש לנתח כדי לאתר בהם תופעות מעניינות.

“דווקא בוזון היגס לא יעמוד במרכז, כשאנחנו מעלים את האנרגיה של המכונה אנחנו מגדילים קצת את היכולת שלנו לייצר היגסים – בערך פי 2 אבל אנחנו יודעים שהמודל שיש לנו, המודל הסטנדרטי שחזה את קיום ההיגס הוא מודל לא שלם, צריך להיות משהו מעבר למודל הזה, תופעות שאמורות לפתור קשיים וסתירות במודל הקיים, במכונה עם אנרגיה של TEV 8 לא היה לנו מספיק אנרגיה לייצר חלקיקים כאלה וכעת המתח הוא אם נגלה משהו חדש או לא. אולי נגלה סימטריה חדשה ביקום, ממדים נוספים בטבע, ואולי הטבע יפתיע אותנו עם הסבר שלא חשבנו עליו. ” מסכם פרופ’ דוכובני

סרטון וידאו בו מתוארת עבודת השיפוצים למאיץ החלקיקים בסרן

פרויקט מיוחד באתר הידען – רשמי סיור עיתונאים בסרן

• מנכ”ל Cern רולף הוייר: החלום שלי הוא שנמצא את החלקיק הראשון של החומר האפל. כתבה ראשונה בעקבות סיור במתקני Cern
• רשמי סיור ב-CERN חלק ב’: הדלת המובילה אל המפץ הגדול
• רשמי סיור ב-CERN, חלק ג’ האם נשוט רק אם נדע שיש אמריקה מעבר לאוקיאנוס? פרופ’ אליעזר רבינוביץ’ מהאונ’ העברית על חשיבות המדע הבסיסי (גלריה – LHC)
• חלק ד’ – ראיון עם פרופ’ עילם גרוס – גילוי ההיגס הוא תחילת המדע של המאה ה-21