Главной задачей, для которой создавался Большой Адронный Коллайдер, самый мощный ускоритель частиц на сегодняшний день, является столкновения субатомных частиц, разогнанных до столь высоких энергий, которые невозможно получить на Земле ни при каких других условиях. Как правило, в экспериментах на коллайдере используют пучки разогнанных протонов или положительно заряженных ионов атомов тяжелых металлов, полностью лишенных отрицательно заряженных электронов. Но недавно ученым Европейской организации ядерных исследований CERN удалось разогнать в недрах коллайдера пучок ионов свинца, каждый из которых содержал минимум один электрон. И все это дает ученым возможность для проведения физических экспериментов совершенно нового типа, экспериментов, которые позволят им проникнуть глубже в тайны физики, лежащей за пределами Стандартной Модели.
В самом начале Большой Адронный Коллайдер использует нейтральные атомы свинца, которые проходят через череду предварительных ускорителей, в процессе чего эти атомы лишаются большей части своих электронов. Перед тем, как попасть внутрь основного туннеля кольцевого ускорителя, ионы проходят сквозь слой металлической фольги, что оставляет только “голые” ядра атомов, ионы, имеющие максимально возможный положительный электрический заряд. Ученые CERN отрегулировали толщину этого “электронного барьера” из фольги таким образом, чтобы возле ядра атома свинца оставался минимум один электрон, помимо этого, режим работы основного ускорителя был изменен таким образом, что он смог эффективно ускорять ионы свинца с одним электроном.
Луч из ионов свинца с одним электроном циркулировал в недрах туннеля ускорителя в течение двух часов. Этот эксперимент стал первой частью реализации проекта, в результате которого коллайдер превратится в “фабрику” высокоэнергетических гамма-лучей. И если этот проект будет реализован, то коллайдер сможет вырабатывать самые высокоэнергетические фотоны искусственного света на сегодняшний день, которые можно будет преобразовать в различные виды вторичного излучения, которое, в свою очередь, будет использоваться в физических экспериментах, включая и эксперименты по поискам и исследованию темной материи.
Гамма-лучи лучи вырабатываются в результате воздействия света лазера на пучок ионов свинца с одним электроном. Энергия лазерного света заставляет электрон перейти на более высокий энергетический уровень, после чего он через короткое время возвращается на нижний энергетический уровень, что сопровождается излучением фотона света. Так как ион уже движется почти со скоростью света, длина волны излучаемого фотона максимально сжимается и получается минимально возможной, что увеличивает заключенную в фотоне энергию.
Отметим, что в течение этого и следующего года ученые-физики CERN будут пытаться провести на коллайдере несколько нетипичных и необычных экспериментов. К примеру, в одном из таких экспериментов разгоняемые атомы свинца будут заменены атомами ксенона. Естественно, что для проведения таких экспериментов потребуется некоторая модернизация оборудования ускорителя и его датчиков, что позволит повысить точность и увеличить скорость сбора данных. Но все эти затраты будут направлены на распутывание новых тайн и загадок физики элементарных частиц, в том числе и той, которая выходит за рамки существующей Стандартной Модели.