Nylig presenterte European Organization for Nuclear Research (CERN) et konseptuelt design for Future Circular Collider (FCC), som skulle erstatte Large Hadron Collider. Konseptet innebærer opprettelse av en 100 km lang tunnel i nærheten av Genève, der det planlegges å plassere gasspedisjoner i rekkefølge for å arbeide med bjelker av forskjellige typer: fra elektroner til tunge kjerner. Hvorfor trenger fysikere en ny kollider, hvilke oppgaver den vil løse, og hvilken rolle forskere fra Russland spiller i dette, en deltaker i FCC-prosjektet, sa professor ved National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI) Vitaly Okorokov til RIA Novosti.
- Vitaly Alekseevich, hvorfor trenger fysikere Future Ring Collider?- FCC-prosjektet er et av de viktigste punktene i den nye utgaven av European Strategy for Particle Physics, som blir dannet i dag. Forskere fra Russland deltar i internasjonale prosjekter på dette området av grunnleggende vitenskap, både innen forskning på kollider og i ikke-akseleratorforsøk. I moderne fysikk er verden av elementære partikler beskrevet av den såkalte Standard Model - kvantefeltteori, som inkluderer elektromagnetiske, sterke og svake interaksjoner. Sammensetningen av grunnleggende partikler i denne modellen ble fullstendig eksperimentelt bekreftet med oppdagelsen av Higgs boson i 2012 på Large Hadron Collider (LHC). Svar på mange viktige spørsmål, for eksempel om arten av mørk materie, om fremveksten av asymmetri av materie og antimaterie i det observerbare universet, og så videre, ligger utenfor standardmodellen. For å finne løsninger på sentrale problemer i grunnleggende fysikk, designer forskere nye, stadig kraftigere akseleratorkomplekser. - Hvilke oppgaver vil Future Ring Collider løse? - Dette er målingen av parametrene til standardmodellen med en uoppnåelig nøyaktighet før, en detaljert studie av faseoverganger og egenskaper til materie som foregår i det aller tidlige universet under ekstreme forhold, jakten på signaler om ny fysikk utenfor standardmodellen, inkludert mørkstoffpartikler. Fra fysikkens synspunkt er det veldig interessant å studere egenskapene til sterk interaksjon ved ultrahøye energier og å utvikle en teori som beskriver den - kvante kromodynamikk.- Hvilke oppgaver vil Future Ring Collider løse? - Dette er målingen av parametrene til standardmodellen med en uoppnåelig nøyaktighet før, en detaljert studie av faseoverganger og egenskaper til materie som foregår i det aller tidlige universet under ekstreme forhold, jakten på signaler om ny fysikk utenfor standardmodellen, inkludert mørkstoffpartikler. Fra fysisk synspunkt er det veldig interessant å studere egenskapene til sterk interaksjon ved ultrahøye energier og å utvikle en teori som beskriver den - kvante kromodynamikk.- Hvilke oppgaver vil Future Ring Collider løse? - Dette er målingen av parametrene til standardmodellen med en uoppnåelig nøyaktighet før, en detaljert studie av faseoverganger og egenskaper til materie som foregår i det aller tidlige universet under ekstreme forhold, jakten på signaler om ny fysikk utenfor standardmodellen, inkludert mørkstoffpartikler. Fra fysisk synspunkt er det veldig interessant å studere egenskapene til sterk interaksjon ved ultrahøye energier og å utvikle en teori som beskriver den - kvante kromodynamikk.det er veldig interessant å studere egenskapene til sterk interaksjon ved ultrahøye energier og å utvikle en teori som beskriver det - kvante kromodynamikk.det er veldig interessant å studere egenskapene til sterk interaksjon ved ultrahøye energier og å utvikle en teori som beskriver det - kvante kromodynamikk.- Hva er essensen i denne teorien?- I følge den har partikler som kalles hadroner, for eksempel protoner og nøytroner, en kompleks indre struktur dannet av kvarker og gluoner - de grunnleggende partiklene i standardmodellen som er involvert i sterke interaksjoner. I henhold til eksisterende konsepter er kvarker og gluoner innelukket i hasroner, og selv under ekstreme forhold kan de bare være kvasi-fri på lineære skalaer i størrelsesorden størrelsen på en atomkjerne. Dette er et sentralt trekk ved sterk interaksjon, som er bekreftet av et stort antall eksperimentelle og teoretiske studier. Mekanismen til dette viktigste fenomenet - innesperring av kvarker og gluoner (innesperring) - er imidlertid ennå ikke bestemt. I flere tiår har inneslutningsproblemet alltid blitt inkludert i alle slags lister over de viktigste uløste problemene i grunnleggende fysikk. Innenfor rammene av FCC-prosjektet er det planlagt å skaffe nye eksperimentelle data og betydelig fremme med å forstå egenskapene til sterke interaksjoner, spesielt innesperring.- Hvilke verktøy er ment for å løse disse problemene?- En integrert tilnærming brukes til å gjennomføre et omfattende forskningsprogram, hvor FCC-prosjektet inkluderer to trinn. Den første fasen "FCC-ee" innebærer opprettelse av en elektron-positron collider med en strålenergi i området 44 til 182,5 gigaelektronvolt. På det andre trinnet vil "FCC-hh" eksperimenter bli utført på kolliderende bjelker av protoner og kjerner. I dette tilfellet er det ment å akselerere protoner til en energi på 50 teraelektronvolt og tunge kjerner (bly) - opp til 19,5 teraelektronvolt. Dette er mer enn syv ganger energiene oppnådd på det kraftigste driftskomplekset til LHC. Det er planlagt å bruke den, sammen med hele den eksisterende infrastrukturen, for å få tak i bjelker med akselererte partikler før de blir introdusert i den viktigste 100 kilometer lange ringen til den nye FCC-hh collideren. Konstruksjonen av en ekstern lineær elektronakselerator med en energi på 60 gigaelektronvolt vil gjøre det mulig å implementere et program for en detaljert studie av den indre strukturen til et proton ved bruk av dyp inelastisk elektron-protonspredning (FCC - eh).- Utvikling og bygging av installasjoner på dette nivået tar flere tiår. Når starter byggingen? Når forventes de første vitenskapelige resultatene å bli oppnådd?- Hvis konseptet blir vedtatt, planlegges starten på implementeringen av FCC integreringsprogrammet rundt 2020. Byggingen av FCC - ee lepton collider vil ta omtrent 18 år, med en påfølgende arbeidstid på omtrent 15 år. Det viser seg at varigheten av den første etappen vil være omtrent 35 år. Under driften av FCC-ee vil forberedelsen av den andre fasen av prosjektet begynne. I samsvar med konseptet, innen ti år etter at FCC-ee-operasjonen er avsluttet, vil den bli demontert, hadron-kollideringsringen blir reist og detektorer installert. Innhenting av nye data for proton- og atomstråler er planlagt til midten av 2060. Varigheten av FCC-operasjonen med proton og atomstråler er planlagt i omtrent 25 år, og den totale varigheten av det andre trinnet er omtrent 35 år. Dermed antas det at eksperimentene ved FCC vil fortsette til slutten av det 21. århundre. Dette prosjektet vil være virkelig globalt.
Hvilken rolle spiller særlig forskere fra Russland fra NRNU MEPhI i FCC-prosjektet?
- NRNU MEPhI, sammen med andre russiske organisasjoner, deltar aktivt i FCC-prosjektet og utfører vitenskapelig arbeid både for det fysiske programmet for fremtidig forskning og for akseleratorkomplekset.
Forskere fra NRNU MEPhI ga et bidrag til FCC-konseptet, spesielt i det første bindet, inneholdende en beskrivelse av det generelle fysiske programmet for alle planlagte bjelketyper, og i det tredje bindet, viet til forskning med proton og atomstråler (FCC - hh).
- Fortell oss mer detaljert
- Som nevnt ovenfor, ved ekstremt høye temperaturer (hundretusenvis av ganger høyere enn ved sentrum av solen) og energitetthet, kan kvarker og gluoner bli kvasi-fri på kjernevåker, og danne en ny materie, som vanligvis kalles kvark-gluon plasma.
Kollisjoner med protoner og forskjellige kjerner ved ultrahøye energier i FCC-hh-kollideringen vil tillate å studere, spesielt, de kollektive egenskapene til kvark-gluonmateriale dannet under interaksjoner av både store systemer (tunge kjerner) og små (proton-proton, proton-kjerne), som gir unike betingelser for å studere egenskapene til tilstander med mange partikler.
Den planlagte for FCC-hh, betydelig, sammenlignet med LHC, økning i energien og den integrerte lysstyrken til bjelker, åpner for kvalitativt nye muligheter for å studere, for eksempel oppførselen til de tyngste fundamentale partiklene i Standard Model - Higgs boson (omtrent 125 ganger tyngre enn en proton) og (tyngre enn et proton omtrent 175 ganger) - i varmt og tett quark-gluon materiale, samt deres mulige bruk som "sonder" for å bestemme egenskapene til denne saken.
Salgsfremmende video:
Sommeren 2014, under en diskusjon ved Institute for High Energy Physics. A. A. Logunov fra National Research Center "Kurchatov Institute" ble det fremmet et forslag om å bruke Higgs-bosonene til å studere egenskapene til quark-gluon-materie. Dette forslaget ble inkludert som et av elementene i forskningsprogrammet med stråler av tunge kjerner ved FCC. Etter min mening er denne retningen av betydelig interesse for fysikken i sterke interaksjoner.
Vi har bare berørt noen aspekter ved fremtidig forskning. FCCs vitenskapelige program er veldig omfattende og arbeidet under dette prosjektet pågår.
