焦點速看：大型強子對撞機以創紀錄的能量成功地重新啟動 激發對暗物質的搜索

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歐洲中部時間7月5日下午 4 點 47 分，當大型強子對撞機開啟所有子系統，開始記錄前所未有的13.6TeV能量的高能對撞時，歐洲核子研究中心控制中心爆發出陣陣掌聲，迎來了一個新的物理學季。這一成就的取得要歸功于操作人員，他們自4月重啟大型強子對撞機以來夜以繼日地工作，以確保這些具有更高強度光束和更高能量的對撞的順利開始。

經過三年多的升級和維護工作，世界上最強大的粒子加速器--大型強子對撞機的實驗于7月5日開始了一個新的數據采集期。自4月以來，光束已經在歐洲核子研究中心的加速器綜合體中循環，大型強子對撞機及其噴射器正在重新調試，以便用新的更高強度的光束和更高的能量進行操作。然而，現在大型強子對撞機操作人已經宣布了 “穩定的光束”，這一條件允許實驗開啟其所有子系統，并開始獲取將用于物理分析的數據。大型強子對撞機將在13.6TeV的創紀錄能量下晝夜運行近四年，提供比以往更高的精度和發現潛力。

“我們將把相互作用點的質子束聚焦到小于10微米的光束大小，以提高碰撞率。與 Run 1中發現希格斯粒子的12個反向femtobarns 相比，現在在 Run 3 中我們將提供 280 個反向 femtobarns。這是一個顯著的增長，為新的發現鋪平了道路，”加速器和技術主任 Mike Lamont說。

大型強子對撞機的四個大型實驗對其數據讀出和選擇系統進行了重大升級，采用了新的探測器系統和計算基礎設施。這些變化將使他們能夠收集到明顯更大的數據樣本，數據的質量比以前的運行要高。ATLAS和CMS探測器預計在 Run 3期間記錄的對撞次數將超過前兩次運行的總和。LHCb實驗進行了全面的改造，并希望將其數據采集率提高10倍，而ALICE的目標是將記錄的碰撞數量增加50倍。

隨著數據樣本的增加和更高的碰撞能量， Run 3將進一步擴大已經非常多樣化的LHC物理學項目。實驗中的科學家們將以前所未有的精度和新的渠道來探測希格斯玻色子的性質。他們可能會觀察到以前無法接觸到的過程，并將能夠提高許多已知過程的測量精度，以解決基本問題，如宇宙中物質-反物質不對稱的起源。科學家們將研究極端溫度和密度下的物質特性，并且還將通過直接搜索或--間接地--通過對已知粒子特性的精確測量，尋找暗物質和其他新現象的候選人。

“我們期待著對希格斯玻色子衰變為第二代粒子（如μ子）的測量。這將是希格斯玻色子傳奇中一個全新的結果，首次證實第二代粒子也通過希格斯機制獲得質量，”歐洲核子研究中心的理論家Michelangelo Mangano說。

“我們將以前所未有的精度測量希格斯玻色子與物質和力粒子的相互作用強度，我們將進一步搜索希格斯玻色子向暗物質粒子的衰變，以及搜索額外的希格斯玻色子，”ATLAS合作的發言人Andreas Hoecker說。“目前還不清楚在自然界中實現的希格斯機制是否是僅有一個希格斯粒子的最小機制。”

一個密切關注的話題將是對一類罕見過程的研究，其中電子和它們的“表親”粒子--μ介子之間的意外差異被LHCb實驗在以前的LHC運行數據中研究出來。LHCb合作組織的發言人 Chris Parkes 說：“在Run 3期間用我們全新的探測器獲得的數據將使我們能夠將精度提高兩倍，并確認或排除可能的偏離輕子味道普遍性的情況。解釋LHCb觀察到的異常現象的理論通常也預測不同過程中的新效應。這些將是ATLAS和CMS進行具體研究的目標。”CMS合作的發言人Luca Malgeri說：“這種互補的方法至關重要；如果我們能夠以這種方式確認新的效應，這將是粒子物理學的一個重大發現。”

重離子碰撞計劃將允許以前所未有的精度調查夸克-膠子等離子體態（QGP）--一種存在于大爆炸后最初10微秒的物質狀態。ALICE合作的發言人Luciano Musa說：“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力學聯系起來的階段。除了主要的運行之外，還將首次包括一個短時期的氧碰撞，目的是探索在小型碰撞系統中出現的類似QGP的效應。”