Så här fungerar maskinen som hittade Higgspartikeln

2013-09-20 06:00  

Världens största maskin ligger 100 meter under jord och hittade Higgspartikeln. Nu uppgraderas partikelacceleratorn Large Hadron Collider för att finna fler urpartiklar. Samtidigt smids planerna på en tio gånger kraftfullare maskin. Ny Teknik har besökt partikelfysiklaboratoriet Cern.

Medlemsstaternas flaggor vajar utanför ingången. I receptionen trängs besökare i väntan på inpasseringskort.

Ny Tekniks reporter och tecknare vandrar genom korridorer där trä­panelerna andas 1950-tal. På partikelfysiklaboratoriet Cern utanför Genève i Schweiz har interiören låg prioritet. Fokus ligger på den spetsteknik som krävs i jakten på ny kunskap om universum och dess skapelse.

Djupt under jord ligger anläggningens hjärta – den cirkelformade partikelacceleratorn Large Hadron Collider.

Här accelereras strålar av protoner upp i hastigheter nära ljusets för att sedan krocka med varandra i gigantiska smällar där energin omvandlas till nya partiklar. Spåren av dem fångas upp av underjordiska detektorer stora som höghus. Det var i två av dem, Atlas och CMS, som Higgspartikeln hittades. Nyheten spreds som en löpeld över världen förra sommaren.

Efter 40 års sökande finns nu alla pusselbitar till standardmodellen, som beskriver naturens byggstenar och alla naturlagar (utom gravitationen).

När Ny Teknik promenerar in i tunneln är acce­le­ra­torn avstängd för renovering och uppgradering till högre energinivåer, 14 TeV mot dagens 8 TeV. Med högre energier ökar möjligheten att skapa ännu tyngre partiklar, allt enligt Einsteins berömda formel E = mc2.

– Det är möjligt att vi hittar fler medlemmar i Higgsfamiljen, vissa teorier förutsäger fem till sju. Men vi hoppas också hitta spår som leder till en helt ny och okänd fysik, säger Sergio Bertolucci, en av forskningscheferna vid Cern.

En nyckelkomponent i jakten är de 1 232 supraledande dipolmagneter som böjer strålen så att den kan följa den ringformade acceleratorn. 15 av magneterna är utslitna och byts nu ut. 35 ton tunga och 15 meter långa förs de ner genom 100 meter djupa schakt och körs på specialbyggda släpvagnar fram till sin plats i den 27 kilometer långa tunneln.

Även fyra av de så kallade kvadrupolmagneterna (elektromagneter med fyra magnetpoler) som fokuserar strålen inför kollisioner behöver ersättas. Dessutom kontrolleras samtliga 10 170 lödfogar, som seriekopplar de supraledande magneterna. En enda dålig lödning kan få hela anläggningen att slås ut. Det var vad som hände när 600 meter av acceleratorn totalförstördes i september år 2008.

År 2015 ska allt vara klart och acceleratorn starta på nytt.

– Det blir en utmaning. Vi har visserligen mer erfarenhet nu, men energin i strålarna är samtidigt mycket högre, säger Sergio Bertolucci.

I nästa andetag berättar han om planer på en tio gånger kraftfullare maskin där energier på 100 TeV skapas vid partikelkrockarna. Det kräver tillgång till en tunnel med större radie än ­dagens LHC.

– Vi undersöker möjligheten att skapa en ny tunnel. Den ska gå under Genèvesjön till Salèveberget i Frankrike och sedan tillbaka hit.

Enligt Sergio Bertolucci kan beslut om tunnelprojektet tas först i slutet av 2020-talet. Det kan tyckas avlägset, men det mesta inom partikelfysiken måste planeras på 10 till 20 års sikt.

– Vi kommer behöva magneter med en styrka som inte finns i dag. De måste utvecklas innan vi kan fatta beslutet. Annars kommer den nya maskinen inte att bli klar förrän bortåt år 2040.

Innan dess ska dagens LHC-maskin trimmas i tre steg för att uppnå allt högre luminositet, ett mått som beskriver hur många protoner som krockar med varandra per cm2 och sekund. Det styrs dels av hur många protoner som cirkulerar i acceleratorn, dels av hur hoptryckta strålarna är när de kolliderar. Projektet går under namnet High Luminosity LHC.

För att minska diametern på strålarna vid krockarna krävs kvadrupolmagneter med ännu högre magnetfält, 12,3 tesla mot dagens 8. Det kräver i sin tur att strömstyrkan i de supraledande kablarna måste öka.

Det klarar inte dagens kablar, utan nya måste utvecklas. Ett material av nickel och tenn kan vara lösningen.

År 2023 ska den sista trimningen vara genomförd.

Då ska luminositeten ha skruvats upp fem gånger högre än vad LHC ursprungligen konstruerades för.

– Då behöver vi bara en dag för att få fram samma resultat som i dag kräver fem dagar.

Projektet leds av Cernfysikern Lucio Rossi. Han liknar luminositetsökningen med att få en stark ficklampa att hålla handen när man går in i ett mörkt rum där man tidigare bara har haft tillgång till ett fladdrande stearinljus.

– Vi kommer att få fler kollisioner, mer statistik och fler sällsynta händelser. Om det finns ny fysik bortom standardmodellen kommer de nya magneterna att sprida ljus över den.

Ulla Karlsson-Ottosson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt