לאחר ההתנגשויות המדעיות האחרונות ביוני 2026, ה־LHC יכובה לצורך שדרוג מקיף. כשישוב ב־2030 כ־HiLumi LHC, הוא יפיק הרבה יותר התנגשויות ויאפשר חיפוש מדויק אחר פיזיקה חדשה.
מאיץ ההדרונים הגדול, LHC, נכנס להשבתה הארוכה והמורכבת ביותר בתולדותיו. ההתנגשויות שנועדו לאיסוף נתונים מדעיים הסתיימו כבר ב־14 ביוני 2026, ולאחר שבועיים של ניסויים באלומות פרוטונים בעוצמה גבוהה יכובה המאיץ לחלוטין ב־29 ביוני. במהלך ארבע השנים הבאות יוחלפו חלקים מרכזיים במאיץ ובגלאים, לקראת חידוש הפעילות באמצע 2030 תחת השם מאיץ ההדרונים הגדול בעל הבהירות הגבוהה – High-Luminosity LHC, או בקיצור HiLumi LHC. ([CERN][1])
ה־LHC הוא טבעת באורך 27 קילומטרים, המותקנת בעומק של כמאה מטרים מתחת לאזור הגבול בין צרפת לשווייץ. מגנטים מוליכי־על מכוונים שתי אלומות של פרוטונים הנעות בכיוונים מנוגדים, ומביאים אותן להתנגשות בתוך הגלאים הגדולים ATLAS, CMS, ALICE ו־LHCb. המטרה איננה “לרסק” חומר לשם הרסו, אלא ליצור לרגע תנאים של צפיפות אנרגיה גבוהה, שבהם אפשר לייצר ולחקור חלקיקים יסודיים ותופעות נדירות. ([CERN][2])
לא הרבה יותר אנרגיה – אלא הרבה יותר התנגשויות
בניגוד לשדרוגים קודמים, השינוי המרכזי הפעם אינו העלאה דרמטית של אנרגיית ההתנגשות. מטרת הפרויקט היא להגדיל את הבהירות – luminosity – מדד הקשור למספר ההתנגשויות המתרחשות במשך זמן נתון. ככל שמתרחשות יותר התנגשויות, גדל הסיכוי שאחד האירועים הנדירים שהפיזיקאים מחפשים אכן יופיע בנתונים.
CERN מתכנן להגדיל פי עשרה את הבהירות המשולבת של המאיץ לעומת ערך התכנון המקורי. בכל מפגש בין שתי חבילות פרוטונים צפויות להתרחש בין 140 ל־200 התנגשויות חופפות, לעומת כ־60 כיום. במהלך שנות הפעילות של HiLumi LHC אמורים הניסויים לצבור עד 4,000 פמטובארן הפוך של נתונים – פי כמה מכלל המידע שנאסף בשלוש תקופות ההרצה הראשונות. ([CERN][3])
לשם כך יוחלפו לחלוטין רכיבים לאורך כ־1.2 קילומטרים מהטבעת. מערכות מגנטים חדשות ייצרו אלומות פרוטונים צפופות וממוקדות יותר בקרבת נקודות ההתנגשות. במקביל יעברו הגלאים ATLAS ו־CMS שדרוג נרחב, ובכלל זה התקנת גלאי סיליקון חדשים, מערכות תזמון מדויקות יותר ואלקטרוניקה המסוגלת לעמוד בקרינה ובקצב הנתונים הגבוה. ([CERN][3])
מאות מיליוני בוזוני היגס
התוצאה המוכרת ביותר של ה־LHC היא גילוי בוזון היגס ב־2012 בידי ניסויי ATLAS ו־CMS. גילוי זה אישש את מנגנון היגס, המסביר כיצד חלקיקים יסודיים מקבלים מסה באמצעות האינטראקציה שלהם עם שדה היגס. עם זאת, שאלות רבות הנוגעות לחלקיק עדיין אינן פתורות, ובהן עוצמת האינטראקציה שלו עם עצמו והאפשרות שהוא מקושר לחלקיקים שאינם נכללים במודל הסטנדרטי. ([CERN][4])
מאז תחילת פעילותו ייצר ה־LHC לפי ההערכות כ־55 מיליון בוזוני היגס. ב־CERN מעריכים כי גרסת הבהירות הגבוהה תייצר במהלך חייה כ־380 מיליון בוזוני היגס. המספר הגדול יאפשר למדוד בדייקנות רבה יותר דעיכות נדירות ולבדוק האם תכונות החלקיק תואמות לחלוטין את תחזיות המודל הסטנדרטי. אפילו סטייה קטנה עשויה לרמוז על פיזיקה חדשה. ([CERN][3])
אחת המטרות המסקרנות היא זיהוי מובהק של ייצור שני בוזוני היגס באותה התנגשות. התהליך אמור להתרחש לפי המודל הסטנדרטי, אך הוא כה נדיר עד שטרם נצפה ברמת ודאות המאפשרת להכריז על גילויו. חקר זוגות היגס עשוי לאפשר מדידה ישירה של האינטראקציה העצמית של שדה היגס – נתון הנוגע גם להתפתחות היקום זמן קצר לאחר המפץ הגדול. לפי הערכות CMS, העדות הראשונה לתהליך עשויה להופיע לאחר צבירת כמחצית מנתוני HiLumi LHC. ([CMS][5])
האם השדרוג יגלה חומר אפל?
כותרות רבות מציגות את השדרוג כמסע לגילוי חומר אפל, אך אין ודאות שחלקיקי חומר אפל נמצאים בטווח שה־LHC מסוגל לחקור. אם חלקיקים כאלה ייווצרו בהתנגשות, הם כנראה לא יגיבו עם הגלאים ויחלפו דרכם בלי להשאיר עקבות. הפיזיקאים יחפשו לכן חוסר איזון באנרגיה ובתנע של החלקיקים שנמדדו – מעין “חתימה חסרה” שעשויה להעיד שחלקיק בלתי נראה נמלט מהגלאי. ([CERN][6])
יותר נתונים יאפשרו לבחון תהליכים נדירים יותר ולהציב גבולות מחמירים יותר על מודלים של חומר אפל, סופר־סימטריה, ממדים נוספים וחלקיקים ארוכי־חיים. אולם גם אם לא יתגלה חלקיק חדש, תוצאה שלילית תפסול משפחות שלמות של מודלים ותצמצם את תחום האפשרויות. אנרגיה אפלה, לעומת זאת, אינה יעד ישיר של ניסויי ההתנגשות ב־LHC.
בינה מלאכותית תסייע לבחור מה לשמור
הגלאים אינם יכולים לשמור כל התנגשות המתרחשת במאיץ. מערכות המכונות “טריגרים” מנתחות את הנתונים בזמן אמת ובוחרות את האירועים שעשויים להכיל חתימות מעניינות. בתקופת HiLumi LHC תגדל חשיבותן של שיטות למידת מכונה, שיסייעו להבחין בתוך שבריר שנייה בין התנגשויות שגרתיות לבין אירועים חריגים שכדאי לשמור לניתוח נוסף. ([ATLAS Experiment at CERN][7])
הבינה המלאכותית לא תחליף את הפיזיקאים ולא תחליט מהי תגלית. היא תשמש כלי לסינון ולשחזור נתונים בתנאים שבהם מאות התנגשויות חופפות זו לזו. ההחלטה אם תופעה מסוימת אכן מעידה על חלקיק חדש תחייב גם בעתיד ניתוח סטטיסטי, בדיקות חוזרות והשוואה בין כמה ניסויים עצמאיים.
המאיץ היוצא להשבתה כבר סיפק לכל אחד משני הניסויים הגדולים, ATLAS ו־CMS, כ־54 קוודריליון התנגשויות פרוטונים והוביל לכ־4,500 מאמרים מדעיים שעברו ביקורת עמיתים. הנתונים שכבר נאספו ימשיכו להיחקר גם בזמן השדרוג. כאשר המאיץ ישוב לפעול ב־2030, הוא לא יהיה מכונה חדשה לחלוטין – אלא גרסה רגישה, מהירה ומדויקת בהרבה של המתקן ששינה את פיזיקת החלקיקים. ([CERN][1])
שאלות ותשובות
מדוע משביתים את ה־LHC למשך ארבע שנים?
כדי להחליף מערכות לאורך כ־1.2 קילומטרים מהמאיץ, להתקין מגנטים חדשים ולשדרג את הגלאים, מערכות הקירור, האלקטרוניקה ועיבוד הנתונים.
האם HiLumi LHC יהיה מאיץ בעל אנרגיה גבוהה יותר?
השינוי העיקרי יהיה במספר ההתנגשויות ולא באנרגיה המרבית. אלומות צפופות וממוקדות יותר ייצרו הרבה יותר נתונים באותה תקופת פעילות.
האם הוא צפוי לגלות חומר אפל?
ייתכן שיופיעו רמזים עקיפים, כגון תנע חסר או חלקיקים מתווכים חדשים, אך אין הבטחה שחומר אפל ניתן לייצור באנרגיות של ה־LHC.
לפרסום המקורי: פתיחת הפרסום המקורי
עוד בנושא באתר הידען
- לא רק לנבא מילים: מודלי העולם שמנסים ללמד בינה מלאכותית לצפות את תוצאות מעשיה
- השעונים הגרעיניים הראשונים החלו לתקתק – ופותחים חלון לפיזיקה חדשה
- בינה מלאכותית מסייעת לפענח כיצד נוצרים היסודות הכבדים ביקום
- יותר מאמרים, פחות רעיונות? הסכנה שבשימוש בבינה מלאכותית במדע
- חורים שחורים מלפני המפץ הגדול? מודל קוסמולוגי מציע “מאובנים” מיקום קדום
