Великий адронний колайдер вперше прискорив атоми - ядра свинцю, пов'язані з одним електроном. Вченим вдалося протримати пучок атомів всередині прискорювача 40 годин. До цього колайдер працював тільки з іонами і частинками - протонами, ядрами ксенона і ядрами свинцю. Новий «модус» роботи прискорювача дозволить перетворити його на джерело фотонів дуже високих енергій, повідомляє Європейська організація з ядерних досліджень (ЦЕРН).
Зазвичай на Великому адронному колайдері (БАК) розганяють пучки протонів. У прискорювачі вони «набирають» величезну енергію (близько десяти тераелектронвольтів), а потім стикаються, а вчені спостерігають за народженням нових частинок-осколків. Це дозволяє уточнити масу відомих частинок, які виникають у проміжних реакціях (наприклад, W-бозонів), перевірити загальноприйняті теоретичні моделі і встановити обмеження на параметри нових теорій, які покликані об'єднати Стандартну модель і Загальну теорію відносності. Зрозуміло, з тим же успіхом БАК може стикати й інші заряджені частинки - в електромагнітних полях, створюваних системою магнітних котушок, частинки будуть прискорюватися так само, як і протони. Все, що для цього потрібно - перерахувати напруженість полів, щоб змусити частинку залишатися всередині прискорювача. Щороку вчені приділяють трохи часу роботі коллайдера, щоб провести такі «нетипові» зіткнення і обробити їх результати.
Минулої середи (25 липня) БАК вперше використовував як таку частинку «атом» - ядро свинцю, пов'язане з єдиним електроном. Звичайно, такі «атоми» сильно відрізняються від звичайних, електронейтральних атомів свинцю, які містять 82 електрони. Тим не менш, це велике досягнення для коллайдера, так як утримати атоми цілими під час прискорення дуже складно - щоб розігнати частинку, необхідно повідомити їй велику кількість енергії, яка легко може відірвати електрон від ядра і зруйнувати атом. Коли це відбувається, заряд частинки різко виростає, сила Лоренца збільшується, рух частинки перестає бути синхронізованим з напруженістю поля прискорюючих котушок, і вона врізається в стінку колайдера. Досі вчені не могли утримати атоми цілими при прискоренні на БАК, хоча іншим прискорювачам (наприклад, RHIC) це вдавалося.
Під час першого експерименту дослідники розігнали 24 групи атомів до порівняно низьких енергій і протримали їх у колайдері протягом години. Потім вчені ввімкнули котушки на повну потужність і через дві хвилини скинули пучок - атоми стали занадто часто втрачати електрони і врізатися в стінки коллайдера, і фізикам довелося завершити експеримент, щоб не пошкодити установку. У наступному досвіді вчені зменшили кількість атомів в чотири рази, що дозволило їм збільшити час утримання до сорока годин. Це виявилося навіть більше, ніж передбачали теоретичні розрахунки. В даний час вчені думають, чи можна оптимізувати установку таким чином, щоб залишити тривалість утримання на досягнутому рівні при збільшенні потужності пучка.
Вчені сподіваються, що в майбутньому досліди з атомами дозволять перетворити БАК на «гамма-фабрику» (gamma factory) - джерело фотонів з дуже високими енергіями. Справді, якщо посвітити на прискорювані атоми лазером, частина з них перейде в збуджений стан, а потім повернеться в основний, паралельно випускаючи фотон. У власній системі відліку, пов'язаній з атомом, енергія фотону буде невеликою, проте в лабораторній системі відліку, пов'язаній з нерухомими спостерігачами, енергія фотону зросте на багато порядків через ефект Доплера. У свою чергу, високоенергетичні фотони будуть перетворюватися на частинки звичайної і темної матерії, і з їх допомогою можна буде перевірити деякі теоретичні моделі, що передбачають ненульовий переріз взаємодії вімпів і фотонів.
Раніше Великий адронний колайдер кілька разів працював з ядрами важких елементів, але не з атомами. Наприклад, у жовтні 2017 року прискорювач протягом восьми годин стикав ядра ксенона, щоб дослідити освіту кварк-глюонної плазми.