Peningkatan apa yang dibawa ke CERN
Enam tahun setelah penemuan, Higgs boson memvalidasi prediksi. Segera, peningkatan ke Large Hadron Collider akan memungkinkan ilmuwan CERN menghasilkan lebih banyak partikel ini untuk menguji Model Standar fisika
Peristiwa kandidat ATLAS untuk Higgs boson (H) meluruh menjadi dua quark bawah (b), terkait dengan meluruhnya boson W menjadi muon (μ) dan neutrino (ν). (Gambar: ATLAS/CERN) Ditulis oleh Rashmi Raniwala & Sudhir Raniwala
Enam tahun setelah Higgs boson ditemukan di CERN Large Hadron Collider (LHC), fisikawan partikel mengumumkan minggu lalu bahwa mereka telah mengamati bagaimana partikel yang sulit dipahami meluruh. Temuan tersebut, yang dipresentasikan oleh kolaborasi ATLAS dan CMS, mengamati boson Higgs meluruh menjadi partikel fundamental yang dikenal sebagai quark bawah.
Pada tahun 2012, penemuan pemenang Nobel dari boson Higgs memvalidasi Model Standar fisika, yang juga memprediksi bahwa sekitar 60% dari waktu boson Higgs akan meluruh menjadi sepasang quark bawah. Menurut CERN, menguji prediksi ini sangat penting karena hasilnya akan mendukung Model Standar - yang dibangun di atas gagasan bahwa medan Higgs memberi quark dan partikel fundamental lainnya dengan massa - atau mengguncang fondasinya dan menunjuk ke fisika baru.
Higgs boson dideteksi dengan mempelajari tumbukan partikel pada energi yang berbeda. Tetapi mereka hanya bertahan selama satu zeptodetik, yaitu 0,000000000000000000000001 detik, jadi mendeteksi dan mempelajari sifat-sifatnya membutuhkan energi yang luar biasa dan detektor yang canggih. CERN mengumumkan awal tahun ini bahwa mereka mendapatkan peningkatan besar-besaran, yang akan selesai pada tahun 2026.
Mengapa mempelajari partikel?
Fisika partikel menyelidiki alam pada skala ekstrim, untuk memahami konstituen dasar materi. Sama seperti tata bahasa dan kosa kata yang memandu (dan membatasi) komunikasi kita, partikel berkomunikasi satu sama lain sesuai dengan aturan tertentu yang tertanam dalam apa yang dikenal sebagai 'empat interaksi mendasar'. Partikel dan tiga interaksi ini berhasil dijelaskan dengan pendekatan terpadu yang dikenal sebagai Model Standar. SM adalah kerangka kerja yang membutuhkan keberadaan partikel yang disebut Higgs boson, dan salah satu tujuan utama LHC adalah untuk mencari Higgs boson.
Bagaimana partikel kecil seperti itu dipelajari?
Proton dikumpulkan dalam tandan, dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya dan dibuat untuk bertabrakan. Banyak partikel muncul dari tumbukan seperti itu, yang disebut sebagai peristiwa. Partikel yang muncul menunjukkan pola yang tampaknya acak tetapi mengikuti hukum yang mendasari yang mengatur sebagian dari perilaku mereka. Mempelajari pola emisi partikel ini membantu kita memahami sifat dan struktur partikel.
Awalnya, LHC memberikan tabrakan dengan energi yang belum pernah terjadi sebelumnya yang memungkinkan kami untuk fokus mempelajari wilayah baru. Namun, sekarang saatnya untuk meningkatkan potensi penemuan LHC dengan mencatat lebih banyak peristiwa.
(Sumber: CERN) Jadi, apa yang dimaksud dengan peningkatan?
Setelah menemukan Higgs boson, sangat penting untuk mempelajari sifat-sifat partikel yang baru ditemukan dan pengaruhnya terhadap semua partikel lainnya. Ini membutuhkan sejumlah besar boson Higgs. SM memiliki kekurangan, dan ada model alternatif yang mengisi kesenjangan ini. Validitas model ini dan model lain yang memberikan alternatif untuk SM dapat diuji dengan bereksperimen untuk memeriksa prediksi mereka. Beberapa dari prediksi ini, termasuk sinyal untuk materi gelap, partikel supersimetris, dan misteri alam yang mendalam lainnya sangat jarang, dan karenanya sulit untuk diamati, yang selanjutnya membutuhkan LHC Luminositas Tinggi (HL-LHC).
Bayangkan mencoba menemukan berbagai berlian langka di antara sejumlah besar potongan yang tampaknya mirip. Waktu yang dibutuhkan untuk menemukan intan yang didambakan akan tergantung pada jumlah keping yang disediakan per satuan waktu untuk inspeksi, dan waktu yang dibutuhkan untuk inspeksi. Untuk menyelesaikan tugas ini lebih cepat, kita perlu menambah jumlah bagian yang disediakan dan memeriksa lebih cepat. Dalam prosesnya, beberapa potongan berlian baru, yang sampai sekarang tidak teramati dan tidak diketahui, dapat ditemukan, mengubah perspektif kita tentang varietas berlian yang langka.
Setelah ditingkatkan, tingkat tabrakan akan meningkat dan begitu juga kemungkinan kejadian paling langka. Selain itu, membedakan sifat-sifat boson Higgs akan membutuhkan pasokan yang banyak. Setelah peningkatan, jumlah total boson Higgs yang diproduksi dalam satu tahun mungkin sekitar 5 kali lipat dari jumlah yang diproduksi saat ini; dan dalam durasi yang sama, total data yang terekam bisa lebih dari 20 kali.
Dengan luminositas yang diusulkan (ukuran jumlah proton yang melintasi per satuan luas per satuan waktu) dari HL-LHC, eksperimen akan dapat merekam sekitar 25 kali lebih banyak data dalam periode yang sama seperti saat LHC berjalan. Balok di LHC memiliki sekitar 2.800 tandan, yang masing-masing berisi sekitar 115 miliar proton. HL-LHC akan memiliki sekitar 170 miliar proton di setiap tandan, berkontribusi pada peningkatan luminositas dengan faktor 1,5.
Bagaimana itu akan ditingkatkan?
Proton disimpan bersama-sama dalam kelompok menggunakan medan magnet yang kuat dari jenis khusus, dibentuk menggunakan magnet kuadrupol. Memfokuskan kelompok ke dalam ukuran yang lebih kecil membutuhkan medan yang lebih kuat, dan oleh karena itu arus yang lebih besar, yang memerlukan penggunaan kabel superkonduktor. Teknologi baru dan material baru (Niobium-timah) akan digunakan untuk menghasilkan medan magnet kuat yang dibutuhkan 1,5 kali medan magnet saat ini (8-12 tesla).
Pembuatan kumparan panjang untuk bidang semacam itu sedang diuji. Peralatan baru akan dipasang lebih dari 1,2 km dari ring LHC sepanjang 27 km di dekat dua eksperimen utama (ATLAS dan CMS), untuk memfokuskan dan meremas tandan tepat sebelum mereka menyeberang.
Seratus meter kabel bahan superkonduktor (link superkonduktor) dengan kapasitas hingga 100.000 ampere akan digunakan untuk menghubungkan konverter daya ke akselerator. LHC mendapatkan proton dari rantai akselerator, yang juga perlu ditingkatkan untuk memenuhi persyaratan luminositas tinggi.
Karena panjang setiap tandan adalah beberapa cm, untuk meningkatkan jumlah tumbukan, sedikit kemiringan dibuat pada tandan tepat sebelum tumbukan untuk meningkatkan luas tumpang tindih efektif. Ini dilakukan dengan menggunakan 'rongga kepiting'.
Komunitas fisika partikel eksperimental di India telah secara aktif berpartisipasi dalam eksperimen ALICE dan CMS. HL-LHC akan memerlukan peningkatan ini juga. Baik desain dan fabrikasi detektor baru, dan analisis data berikutnya akan memiliki kontribusi signifikan dari para ilmuwan India.
Bagikan Dengan Temanmu:
