焦点速看：大型强子对撞机以创纪录的能量成功地重新启动 激发对暗物质的搜索

(资料图片)

欧洲中部时间7月5日下午 4 点 47 分，当大型强子对撞机开启所有子系统，开始记录前所未有的13.6TeV能量的高能对撞时，欧洲核子研究中心控制中心爆发出阵阵掌声，迎来了一个新的物理学季。这一成就的取得要归功于操作人员，他们自4月重启大型强子对撞机以来夜以继日地工作，以确保这些具有更高强度光束和更高能量的对撞的顺利开始。

经过三年多的升级和维护工作，世界上最强大的粒子加速器--大型强子对撞机的实验于7月5日开始了一个新的数据采集期。自4月以来，光束已经在欧洲核子研究中心的加速器综合体中循环，大型强子对撞机及其喷射器正在重新调试，以便用新的更高强度的光束和更高的能量进行操作。然而，现在大型强子对撞机操作人已经宣布了 “稳定的光束”，这一条件允许实验开启其所有子系统，并开始获取将用于物理分析的数据。大型强子对撞机将在13.6TeV的创纪录能量下昼夜运行近四年，提供比以往更高的精度和发现潜力。

“我们将把相互作用点的质子束聚焦到小于10微米的光束大小，以提高碰撞率。与 Run 1中发现希格斯粒子的12个反向femtobarns 相比，现在在 Run 3 中我们将提供 280 个反向 femtobarns。这是一个显著的增长，为新的发现铺平了道路，”加速器和技术主任 Mike Lamont说。

大型强子对撞机的四个大型实验对其数据读出和选择系统进行了重大升级，采用了新的探测器系统和计算基础设施。这些变化将使他们能够收集到明显更大的数据样本，数据的质量比以前的运行要高。ATLAS和CMS探测器预计在 Run 3期间记录的对撞次数将超过前两次运行的总和。LHCb实验进行了全面的改造，并希望将其数据采集率提高10倍，而ALICE的目标是将记录的碰撞数量增加50倍。

随着数据样本的增加和更高的碰撞能量， Run 3将进一步扩大已经非常多样化的LHC物理学项目。实验中的科学家们将以前所未有的精度和新的渠道来探测希格斯玻色子的性质。他们可能会观察到以前无法接触到的过程，并将能够提高许多已知过程的测量精度，以解决基本问题，如宇宙中物质-反物质不对称的起源。科学家们将研究极端温度和密度下的物质特性，并且还将通过直接搜索或--间接地--通过对已知粒子特性的精确测量，寻找暗物质和其他新现象的候选人。

“我们期待着对希格斯玻色子衰变为第二代粒子（如μ子）的测量。这将是希格斯玻色子传奇中一个全新的结果，首次证实第二代粒子也通过希格斯机制获得质量，”欧洲核子研究中心的理论家Michelangelo Mangano说。

“我们将以前所未有的精度测量希格斯玻色子与物质和力粒子的相互作用强度，我们将进一步搜索希格斯玻色子向暗物质粒子的衰变，以及搜索额外的希格斯玻色子，”ATLAS合作的发言人Andreas Hoecker说。“目前还不清楚在自然界中实现的希格斯机制是否是仅有一个希格斯粒子的最小机制。”

一个密切关注的话题将是对一类罕见过程的研究，其中电子和它们的“表亲”粒子--μ介子之间的意外差异被LHCb实验在以前的LHC运行数据中研究出来。LHCb合作组织的发言人 Chris Parkes 说：“在Run 3期间用我们全新的探测器获得的数据将使我们能够将精度提高两倍，并确认或排除可能的偏离轻子味道普遍性的情况。解释LHCb观察到的异常现象的理论通常也预测不同过程中的新效应。这些将是ATLAS和CMS进行具体研究的目标。”CMS合作的发言人Luca Malgeri说：“这种互补的方法至关重要；如果我们能够以这种方式确认新的效应，这将是粒子物理学的一个重大发现。”

重离子碰撞计划将允许以前所未有的精度调查夸克-胶子等离子体态（QGP）--一种存在于大爆炸后最初10微秒的物质状态。ALICE合作的发言人Luciano Musa说：“我们期望从我们观察到夸克-胶子等离子体的许多有趣特性的阶段，进入到我们精确量化这些特性并将它们与它的组成成分的动力学联系起来的阶段。除了主要的运行之外，还将首次包括一个短时期的氧碰撞，目的是探索在小型碰撞系统中出现的类似QGP的效应。”