Fizycy omawiają perspektywy zderzenia 100 TeV • Igor Iwanow • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • LHC, CERN, Plany na przyszłość

Fizycy omawiają perspektywy zderzenia 100 TeV

Możliwe położenie tunelu o długości 80-100 km dla nowego zderzacza protonów 100-TeV, z którym można powiązać długoterminowe perspektywy rozwoju CERN. Obraz z press.web.cern.ch

Niedawno w CERN i na Uniwersytecie w Genewie odbyły się jednocześnie dwie konferencje naukowe poświęcone przyszłym zderzaczom o bardzo wysokiej energii, do 100 TeV. Jeden z nich został przeprowadzony w ramach niedawno uruchomionego programu w CERN w celu zbadania technicznych aspektów przyszłych projektów zderzaczy pierścieniowych. Kolejna konferencja, która go poprzedziła, skupiła się na możliwościach naukowych, które pojawiłyby się, gdy energia zderzeń protonów zwiększyła się niemal o rząd wielkości.

Opiszmy krótko sytuację, która rozwija się obecnie w fizyce cząstek elementarnych, po pierwszej trzyletniej sesji Wielkiego Zderzacza Hadronów.

W połowie 2000 roku fizycy byli bardzo optymistyczni. Wielu z nich wyraziło nadzieję, że pierwsze lata, a nawet miesiące pracy LHC przyniosą nowe odkrycia: narodziny i rozpad nowych cząstek i niezwykłych zjawisk, wykrycie supersymetrii lub innej teorii wykraczającej poza Model Standardowy.Te nadzieje nie były bezpodstawne: nowe zjawiska na skali energetycznej rzędu 1 TeV mogą prowadzić do naturalnych odpowiedzi na niektóre pytania teoretyczne.

Ale oczekiwania tęczy nie zostały potwierdzone. Dzisiaj otwarty jest tylko bozon Higgsa i wszystkie jego mierzone właściwości są zgodne ze standardowym bozonem Higgsa. Nie znaleziono jeszcze supersymetrii ani innych znaczących odchyleń od Modelu Standardowego. Wszystko to nie pozwala fizykom zbliżyć się do głównego celu – przeniknąć o jeden poziom głębiej w zrozumienie struktury materii.

Oczywiście teoretycy nie pozostają bezczynni. Nadmiernie optymistyczne scenariusze supersymetrii i innych teorii zamykają się, ale to nie zamyka samych pomysłów. Jeśli wcześniej główny nacisk został położony na nowe zjawiska fizyczne w skali energetycznej około 1 TeV, obecnie szeroko badane są warianty, w których odchylenia stają się zauważalne tylko przy energiach dziesiątek TeV. Takie teorie są prawie nie do odróżnienia od Modelu Standardowego w Wielkim Zderzaczu Hadronów, ale ze znacznym wzrostem energii mogą prowadzić do uderzających efektów. Dlatego ostatnio coraz bardziej widoczne staje się pragnienie, by fizycy radykalnie zwiększyli energię kolizji.

Jak zauważono w jednym z raportów, w epoce gwarantowane odkrycia w fizyce cząstek elementarnych się skończyły. Nie wiadomo, w jakie energie iw jakich procesach pojawi się nowy aspekt naszego świata. Oczywiście, może się okazać, że wraz ze wzrostem energii i jasności, LHC nadal znajdzie jakiś przejaw Nowej Fizyki, ale najprawdopodobniej będzie mały. Nagroda Nobla może przynieść takie odkrycie, ale nie będzie szczegółowo analizować tego efektu. A jeśli naprawdę chcemy studiować przyrodę i przenieść się do wcześniej niedostępnych obszarów, to po kilkudziesięciu latach, po wyczerpaniu możliwości LHC, fizycy będą potrzebować nowego zderzacza z nowymi możliwościami. Ten zderzacz musi być teraz zaplanowany, a do tego fizycy muszą mieć jasne wyobrażenie o tym, do czego każdy projekt jest zdolny.

Głównym celem CERN w zakresie długoterminowego rozwoju jest teraz kolejny projekt. Planowane jest wykopanie nowego tunelu pierścieniowego o długości 80-100 km we Francji i Szwajcarii (patrz rysunek), w którym znajdzie się nowy zderzacz protonowy o energii 100 TeV. Oczekuje się, że technologia wytwarzania elektromagnesów pozwoli w tym czasie zwiększyć pole magnetyczne o co najmniej 2 razy, co pozwoli na utrzymanie protonów o tak wysokich energiach na orbicie.Oczywiście jednocześnie występują trudności techniczne związane z uwalnianiem energii i bezpieczeństwem instalacji, a grupy specjalistów będą pracować nad tymi zagadnieniami. Wdrożenie takiej instalacji zajmie około 20 lat. Dlatego jeśli planuje się uruchomienie tego zderzacza po LHC (czyli w regionie 2035-2040), należy teraz nad nim popracować. Rozważany jest również wariant, w którym na początku akcelerator elektron-pozytron zostanie zainstalowany na małej energii, która będzie technicznie łatwiejsza do wykonania, a następnie zostanie zastąpiona przez proton 100-tev.

Czym powinni kierować się fizycy przy takich energiach? Po pierwsze, bezpośrednie odkrycie nowych ciężkich cząstek, których masa może osiągnąć dziesiątki TeV. Po drugie, nowe cząstki światła (na przykład nowe bozonmy Higgsa), które nie powstały w LHC, mogą pojawiać się w danych z powodu małego prawdopodobieństwa tego procesu. Szacunki przedstawione na konferencji pokazują, że ta możliwość jest realizowana w wielu aktualnych wersjach teorii.

Po trzecie, nawet jeśli nie odkryto żadnych nowych cząstek, wciąż mamy źle zbadany bozon Higgsa.Jeśli skoncentrujemy się na zderzaczu protonów o energii 100 TeV, bozonty Higgsa będą się tam rodzić przez wiele tysięcy dziennie, co oznacza, że ​​będzie można szczegółowo je zbadać. Ponieważ bozon Higgsa stanie się zwykłą cząstką, celem nie będzie po prostu zobaczenie go w danych, ale wykrycie nietypowego procesu z jego udziałem. Mogą to być egzotyczne zaniki, narodziny kilku bozonów Higgsa, niewidzialne rozpady bozonu Higgsa, które będą wskazywać na jego związek z cząstkami ciemnej materii itp. Oceny dokonane w jednym z raportów dają nadzieję na znalezienie niezwykłych rozpadów z mniej niż jednym prawdopodobieństwem milionowa W ten sposób bozon Higgsa przekształci się z samego końca w narzędzie do studiowania fizyki.

Dwie ostatnie konferencje były tylko pierwszym krokiem pięcioletniego programu CERN, który miał zbadać przyszłe zderzacze. Teraz kilka zespołów specjalistów zacznie dokładnie badać duży zestaw możliwości teoretycznych i eksperymentalnych, a za około rok spodziewane jest ich nowe spotkanie robocze. Jednocześnie do jesieni 2014 r. Zostanie przygotowany duży projekt dotyczący nowego europejskiego programu badawczego na kolejny pięcioletni program "Horyzont 2020".W 2018 r. Do końca programu spodziewany jest pierwszy obszerny raport techniczny dotyczący zbadanych możliwości. Wraz z nowymi danymi LHC pozwoli to określić konkretne kroki dla dalszego technicznego rozwoju CERN.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: