بعد آخر تصادمات علمية في يونيو 2026، سيتم إيقاف تشغيل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) لإجراء تحديث شامل. وعند عودته للعمل في عام 2030 باسم مصادم الهادرونات الكبير HiLumi، سيُجري المزيد من التصادمات، مما يُتيح بحثًا دقيقًا عن فيزياء جديدة.
مصادم الهادرونات الكبير, LHCدخل مسرع الجسيمات في أطول عملية إيقاف تشغيل وأكثرها تعقيدًا في تاريخه. انتهت عمليات التصادم المصممة لجمع البيانات العلمية في 14 يونيو 2026، وبعد أسبوعين من تجارب حزمة البروتونات عالية الكثافة، سيتم إيقاف تشغيل المسرع بالكامل في 29 يونيو. على مدى السنوات الأربع المقبلة، سيتم استبدال الأجزاء الرئيسية من المسرع وأجهزة الكشف، بهدف استئناف العمليات في منتصف ثلاثينيات القرن الحالي تحت اسم مصادم الهادرونات الكبير، وهو مصادم عالي الإضاءة – مصادم الهادرونات الكبير عالي الإضاءة، أو باختصار مصادم الهادرونات الكبير HILumi. ([CERN][1])
مصادم الهادرونات الكبير عبارة عن حلقة طولها 27 كيلومتراً، مثبتة على بعد حوالي مئة متر أسفل الحدود بين فرنسا وسويسرا. تقوم مغناطيسات فائقة التوصيل بتوجيه شعاعين من البروتونات يتحركان في اتجاهين متعاكسين، مما يؤدي إلى تصادمهما داخل الكواشف الكبيرة. مركز أطلس للعرض التجريبي، المركز الطبيتجارب ALICE وLHCb. الهدف ليس "تحطيم" المادة بغرض تدميرها، بل خلق ظروف مؤقتة ذات كثافة طاقة عالية، يمكن من خلالها إنتاج ودراسة الجسيمات الأولية والظواهر النادرة. ([CERN][2])
ليس هناك طاقة إضافية كبيرة، ولكن عدد التصادمات أكبر بكثير.
بخلاف التحديثات السابقة، فإن التغيير الرئيسي هذه المرة ليس زيادة كبيرة في طاقة التصادم. يهدف المشروع إلى زيادة الوضوح – اللمعان – مقياس يرتبط بعدد التصادمات التي تحدث خلال فترة زمنية محددة. كلما زاد عدد التصادمات، زادت احتمالية ظهور أحد الأحداث النادرة التي يبحث عنها الفيزيائيون في البيانات.
يخطط مركز سيرن لزيادة الإضاءة الكلية للمسرّع عشرة أضعاف مقارنةً بقيمة التصميم الأصلية. ومن المتوقع أن ينتج عن كل تصادم بين حزمتين من البروتونات ما بين 140 و200 تصادم متداخل، مقارنةً بحوالي 60 تصادمًا حاليًا. وخلال سنوات تشغيل مصادم الهادرونات الكبير HiLumi، من المتوقع أن تجمع التجارب ما يصل إلى 4,000 فيمتوبارن معكوس من البيانات، أي أضعاف إجمالي المعلومات التي جُمعت في فترات التشغيل الثلاث الأولى. ([CERN][3])
ولتحقيق هذه الغاية، سيتم استبدال المكونات على امتداد حوالي 1.2 كيلومتر من الحلقة بالكامل. وستنتج أنظمة المغناطيس الجديدة حزم بروتونات أكثر كثافة وتركيزًا بالقرب من نقاط التصادم. وفي الوقت نفسه، ستخضع كواشف ATLAS وCMS لتحديثات شاملة، بما في ذلك تركيب كواشف سيليكون جديدة، وأنظمة توقيت أكثر دقة، وإلكترونيات قادرة على تحمل الإشعاع ومعدلات البيانات العالية. ([CERN][3])
مئات الملايين من بوزونات هيغز
إن أشهر نتائج مصادم الهادرونات الكبير هي الاكتشاف هيغز بوزون في عام 2012، أكدت تجارب ATLAS وCMS آلية هيغز، التي تفسر كيفية اكتساب الجسيمات الأولية للكتلة من خلال تفاعلها مع مجال هيغز. ومع ذلك، لا تزال العديد من الأسئلة حول هذا الجسيم دون إجابة، بما في ذلك قوة تفاعله مع نفسه، واحتمالية ارتباطه بجسيمات غير مشمولة في النموذج القياسي. ([CERN][4])
منذ إنشائه، يُقدّر أن مصادم الهادرونات الكبير (LHC) قد أنتج حوالي 55 مليون بوزون هيغز. ويُقدّر مركز سيرن أن النسخة عالية الإضاءة منه ستنتج حوالي 380 مليون بوزون هيغز خلال فترة تشغيله. سيُتيح هذا العدد الكبير إجراء قياسات أكثر دقة للاضمحلالات النادرة واختبار ما إذا كانت خصائص الجسيم متوافقة تمامًا مع تنبؤات النموذج القياسي. حتى انحراف طفيف قد يُشير إلى فيزياء جديدة. ([CERN][3])
يتمثل أحد الأهداف المثيرة للاهتمام في رصد إنتاج بوزونين من نوع هيغز في تصادم واحد. من المفترض أن تحدث هذه العملية وفقًا للنموذج القياسي، لكنها نادرة الحدوث لدرجة أنها لم تُرصد بعد بدرجة كافية من اليقين تسمح لنا بإعلان اكتشافها. قد تُمكّننا دراسة أزواج هيغز من قياس التفاعل الذاتي لحقل هيغز بشكل مباشر، وهي حقيقة ترتبط أيضًا بتطور الكون بعد الانفجار العظيم بفترة وجيزة. وفقًا لتقديرات تجربة CMS، قد يظهر الدليل الأول على هذه العملية بعد جمع حوالي نصف بيانات مصادم الهادرونات الكبير (LHC) من تجربة HiLumi. ([CMS][5])
هل ستكشف الترقية عن المادة المظلمة؟
تُصوّر العديد من العناوين الرئيسية عملية التحديث على أنها رحلة استكشافية. المادة المظلمةلكن ليس من المؤكد أن جسيمات المادة المظلمة تقع ضمن نطاق قدرة مصادم الهادرونات الكبير (LHC) على رصدها. فإذا ما نشأت هذه الجسيمات نتيجة تصادم، فمن المرجح أنها لن تتفاعل مع أجهزة الكشف، بل ستمر عبرها دون أن تترك أثراً. ولذلك، سيبحث الفيزيائيون عن خلل في توازن طاقة وزخم الجسيمات المقاسة، وهو ما يُعرف بـ"البصمة المفقودة"، التي قد تشير إلى أن جسيماً غير مرئي قد أفلت من جهاز الكشف. ([CERN][6])
ستُمكّننا المزيد من البيانات من دراسة العمليات النادرة ووضع حدود أدق لنماذج المادة المظلمة، والتناظر الفائق، والأبعاد الإضافية، والجسيمات طويلة العمر. ولكن حتى في حال عدم اكتشاف أي جسيم جديد، فإن النتيجة السلبية ستستبعد مجموعات كاملة من النماذج وتُضيّق نطاق الاحتمالات. أما الطاقة المظلمة، فهي ليست هدفًا مباشرًا لتجارب تصادم مصادم الهادرونات الكبير.
سيساعدك الذكاء الاصطناعي في اختيار ما يجب الاحتفاظ به
لا تستطيع أجهزة الكشف تسجيل كل تصادم يحدث في المُسرِّع. تقوم أنظمة تُسمى "المُشغِّلات" بتحليل البيانات في الوقت الفعلي، وتختار الأحداث التي قد تحتوي على مؤشرات مهمة. في عصر مصادم الهادرونات الكبير HiLumi، ستزداد أهمية أساليب التعلّم الآلي، إذ ستساعد على التمييز، في جزء من الثانية، بين التصادمات الروتينية والأحداث غير العادية التي ينبغي تسجيلها لمزيد من التحليل. ([تجربة أطلس في سيرن][7])
لن يحل الذكاء الاصطناعي محل الفيزيائيين، ولن يحدد ماهية الاكتشاف. بل سيُستخدم كأداة لفلترة البيانات وإعادة بنائها في ظل ظروف تتداخل فيها مئات التصادمات. وسيظل تحديد ما إذا كانت ظاهرة معينة تشير فعلاً إلى جسيم جديد يتطلب تحليلاً إحصائياً، واختبارات متكررة، ومقارنات بين عدة تجارب مستقلة.
قدّم المسرّع المُخرَج من الخدمة بالفعل لكلٍّ من التجربتين الرئيسيتين، أطلس وCMS، نحو 54 كوادريليون تصادم بروتوني، وأسفر عن نحو 4,500 ورقة بحثية علمية مُحكّمة. وستستمر دراسة البيانات التي جُمعت بالفعل خلال عملية التحديث. وعندما يعود المسرّع إلى العمل في عام 2030، لن يكون جهازًا جديدًا تمامًا، بل نسخةً أكثر حساسيةً وسرعةً ودقةً من المنشأة التي أحدثت ثورةً في فيزياء الجسيمات. ([CERN][1])
שאלות ותשובות
لماذا يتم إغلاق مصادم الهادرونات الكبير لمدة أربع سنوات؟
استبدال الأنظمة على امتداد حوالي 1.2 كيلومتر من المسرع، وتركيب مغناطيسات جديدة، وتحديث أجهزة الكشف وأنظمة التبريد والإلكترونيات ومعالجة البيانات.
هل سيكون مصادم الهادرونات الكبير HiLumi مسرعًا عالي الطاقة؟
سيكمن التغيير الرئيسي في عدد التصادمات، وليس في الطاقة القصوى. ستنتج الحزم الكثيفة والأكثر تركيزًا بيانات أكثر بكثير في نفس فترة التشغيل.
هل من المحتمل اكتشاف المادة المظلمة؟
قد تظهر أدلة غير مباشرة، مثل الزخم المفقود أو الجسيمات الوسيطة الجديدة، ولكن ليس هناك ما يضمن إمكانية إنتاج المادة المظلمة عند طاقات مصادم الهادرونات الكبير.
للاطلاع على النسخة الأصلية المنشورة: فتح المنشور الأصلي
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
- ليس مجرد التنبؤ بالكلمات: نماذج عالمية تحاول تعليم الذكاء الاصطناعي التنبؤ بنتائج أفعاله
- بدأت الساعات النووية الأولى تدق – مما يفتح نافذة على فيزياء جديدة
- يساعد الذكاء الاصطناعي في فك شفرة كيفية تشكل العناصر الثقيلة في الكون
- مقالات أكثر، أفكار أقل؟ خطر استخدام الذكاء الاصطناعي في العلوم
- ثقوب سوداء من قبل الانفجار العظيم؟ نموذج كوني يشير إلى "أحافير" مواقع قديمة
