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歐洲中部時(shí)間7月5日下午 4 點(diǎn) 47 分，當(dāng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)開(kāi)啟所有子系統(tǒng)，開(kāi)始記錄前所未有的13.6TeV能量的高能對(duì)撞時(shí)，歐洲核子研究中心控制中心爆發(fā)出陣陣掌聲，迎來(lái)了一個(gè)新的物理學(xué)季。這一成就的取得要?dú)w功于操作人員，他們自4月重啟大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以來(lái)夜以繼日地工作，以確保這些具有更高強(qiáng)度光束和更高能量的對(duì)撞的順利開(kāi)始。

經(jīng)過(guò)三年多的升級(jí)和維護(hù)工作，世界上最強(qiáng)大的粒子加速器--大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)于7月5日開(kāi)始了一個(gè)新的數(shù)據(jù)采集期。自4月以來(lái)，光束已經(jīng)在歐洲核子研究中心的加速器綜合體中循環(huán)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)及其噴射器正在重新調(diào)試，以便用新的更高強(qiáng)度的光束和更高的能量進(jìn)行操作。然而，現(xiàn)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)操作人已經(jīng)宣布了 “穩(wěn)定的光束”，這一條件允許實(shí)驗(yàn)開(kāi)啟其所有子系統(tǒng)，并開(kāi)始獲取將用于物理分析的數(shù)據(jù)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將在13.6TeV的創(chuàng)紀(jì)錄能量下晝夜運(yùn)行近四年，提供比以往更高的精度和發(fā)現(xiàn)潛力。

“我們將把相互作用點(diǎn)的質(zhì)子束聚焦到小于10微米的光束大小，以提高碰撞率。與 Run 1中發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的12個(gè)反向femtobarns 相比，現(xiàn)在在 Run 3 中我們將提供 280 個(gè)反向 femtobarns。這是一個(gè)顯著的增長(zhǎng)，為新的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路，”加速器和技術(shù)主任 Mike Lamont說(shuō)。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的四個(gè)大型實(shí)驗(yàn)對(duì)其數(shù)據(jù)讀出和選擇系統(tǒng)進(jìn)行了重大升級(jí)，采用了新的探測(cè)器系統(tǒng)和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。這些變化將使他們能夠收集到明顯更大的數(shù)據(jù)樣本，數(shù)據(jù)的質(zhì)量比以前的運(yùn)行要高。ATLAS和CMS探測(cè)器預(yù)計(jì)在 Run 3期間記錄的對(duì)撞次數(shù)將超過(guò)前兩次運(yùn)行的總和。LHCb實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了全面的改造，并希望將其數(shù)據(jù)采集率提高10倍，而ALICE的目標(biāo)是將記錄的碰撞數(shù)量增加50倍。

隨著數(shù)據(jù)樣本的增加和更高的碰撞能量， Run 3將進(jìn)一步擴(kuò)大已經(jīng)非常多樣化的LHC物理學(xué)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)家們將以前所未有的精度和新的渠道來(lái)探測(cè)希格斯玻色子的性質(zhì)。他們可能會(huì)觀察到以前無(wú)法接觸到的過(guò)程，并將能夠提高許多已知過(guò)程的測(cè)量精度，以解決基本問(wèn)題，如宇宙中物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱的起源。科學(xué)家們將研究極端溫度和密度下的物質(zhì)特性，并且還將通過(guò)直接搜索或--間接地--通過(guò)對(duì)已知粒子特性的精確測(cè)量，尋找暗物質(zhì)和其他新現(xiàn)象的候選人。

“我們期待著對(duì)希格斯玻色子衰變?yōu)榈诙Ｗ樱ㄈ绂套樱┑臏y(cè)量。這將是希格斯玻色子傳奇中一個(gè)全新的結(jié)果，首次證實(shí)第二代粒子也通過(guò)希格斯機(jī)制獲得質(zhì)量，”歐洲核子研究中心的理論家Michelangelo Mangano說(shuō)。

“我們將以前所未有的精度測(cè)量希格斯玻色子與物質(zhì)和力粒子的相互作用強(qiáng)度，我們將進(jìn)一步搜索希格斯玻色子向暗物質(zhì)粒子的衰變，以及搜索額外的希格斯玻色子，”ATLAS合作的發(fā)言人Andreas Hoecker說(shuō)。“目前還不清楚在自然界中實(shí)現(xiàn)的希格斯機(jī)制是否是僅有一個(gè)希格斯粒子的最小機(jī)制。”

一個(gè)密切關(guān)注的話題將是對(duì)一類罕見(jiàn)過(guò)程的研究，其中電子和它們的“表親”粒子--μ介子之間的意外差異被LHCb實(shí)驗(yàn)在以前的LHC運(yùn)行數(shù)據(jù)中研究出來(lái)。LHCb合作組織的發(fā)言人 Chris Parkes 說(shuō)：“在Run 3期間用我們?nèi)碌奶綔y(cè)器獲得的數(shù)據(jù)將使我們能夠?qū)⒕忍岣邇杀叮⒋_認(rèn)或排除可能的偏離輕子味道普遍性的情況。解釋LHCb觀察到的異常現(xiàn)象的理論通常也預(yù)測(cè)不同過(guò)程中的新效應(yīng)。這些將是ATLAS和CMS進(jìn)行具體研究的目標(biāo)。”CMS合作的發(fā)言人Luca Malgeri說(shuō)：“這種互補(bǔ)的方法至關(guān)重要；如果我們能夠以這種方式確認(rèn)新的效應(yīng)，這將是粒子物理學(xué)的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。”

重離子碰撞計(jì)劃將允許以前所未有的精度調(diào)查夸克-膠子等離子體態(tài)（QGP）--一種存在于大爆炸后最初10微秒的物質(zhì)狀態(tài)。ALICE合作的發(fā)言人Luciano Musa說(shuō)：“我們期望從我們觀察到夸克-膠子等離子體的許多有趣特性的階段，進(jìn)入到我們精確量化這些特性并將它們與它的組成成分的動(dòng)力學(xué)聯(lián)系起來(lái)的階段。除了主要的運(yùn)行之外，還將首次包括一個(gè)短時(shí)期的氧碰撞，目的是探索在小型碰撞系統(tǒng)中出現(xiàn)的類似QGP的效應(yīng)。”

關(guān)鍵詞：希格斯玻色子前所未有的研究中心