Fizičari u CERN-u otkrili su plan za budući ogromni razbijač čestica dužine 100 km

Fizičari u CERN-u su otkrili nacrt za ogromni razbijač čestica dužine 100 km koji bi se koristio za proučavanje Higsovog bozona u sitnim detaljima, kao i za traženje nove fizike. Danas je objavljen konceptualni projektni izveštaj za Future Circular Collider (FCC) - podzemni sudarivač za čestice koji bi bio povezan sa postojećim Velikim hadronskim sudaračem (LHC) u blizini Ženeve.

Pošto se LHC prvi put uključio u 2008. godini, sudarivač čestica dužine od 27 km razbijao je protone zajedno pri energijama do 13 TeV u lovu na nove čestice. Godine 2012. fizičari su objavili da su otkrili Higgsov bozon mase 125 GeV. To je dovelo do toga da su François Englert i Peter Higgs osvojili Nobelovu nagradu za fiziku za teoretsko predviđanje rada na čestici. Međutim, od tada nisu pronađene čestice izvan Standardnog modela, kao što su supersimetrični partneri.



Dok će LHC i dalje raditi još nekoliko decenija prije nego što se konačno isključi, fizičari već više od tri decenije sprovode istraživanje i razvoj na linearnim sudarima koji bi jednog dana mogli biti nasljednik LHC-a. Jedan od vodećih projektantskih napora je Međunarodni Linear Collider (ILC), koji bi ubrzao elektrone i pozitrone pomoću superprovodnih šupljina. Kako su elektroni i pozitroni fundamentalne čestice, njihovi sudari su čišći od sudara proton-proton na LHC-u, pa su idealni za detaljno proučavanje čestica.

Japan je jedina zemlja koja je pokazala interesovanje za domaćinstvo ILC-a, ali je japanska vlada povukla noge u odlučivanju da li će ugostiti mašinu. To je natjeralo fizičare da nedavno smanje svoje dizajne za ILC sa 500 GeV na 250 GeV, a japanska vlada očekuje da će donijeti konačnu odluku o domaćinstvu ILC-a u martu.

Ipak, fizičari čestica i dalje vide prednosti u skladu sa velikim kružnim koliderima, ne samo zato što imaju veliko iskustvo u njihovoj izgradnji. Od 1989. do 2000. godine, na primjer, CERN je upravljao Velikim elektronsko-pozitronskim kolajderom (LEP), koji je bio u istom tunelu u kojem se sada nalazi LHC i izvršio je precizna mjerenja Z i W bozona. A s obzirom na Higsovu relativno malu masu, kružni kolajder bi bio u stanju da proizvede veće luminoznosti bez da trpi ogromne gubitke od sinhrotronskog zračenja, što bi uticalo na kolajder koji radi na višim energijama od 500 GeV.



Precizne studije

FCC projekat je pokrenut 2013. godine od strane Evropske zajednice za fiziku čestica, a sastanak je održan naredne godine u Ženevi kako bi se počeo rad na izvještaju. Novi, idejni projekat sa četiri volumena razmatra izvodljivost izgradnje kružnog kolajdera od 100 km i ispituje fiziku koju takva potencijalna mašina može izvesti. Prvo se traži izgradnja 100 km dugog podzemnog tunela u kojem bi se smjestio sudarivač.

Ova mašina bi se sastojala od 80 km magneta za savijanje kako bi se ubrzao snop, kao i kvadrupolni magneti koji fokusiraju snop prije nego što ih sudaraju na dvije tačke u prstenu.

"FCC-ov konceptualni projektni izvještaj je izvanredno postignuće. To pokazuje ogroman potencijal FCC-a da poboljša naše znanje iz fundamentalne fizike i unaprijedi mnoge tehnologije sa širokim uticajem na društvo."

  • Fabiola Gianotti

FCC-ee - za koji se procjenjuje da će koštati oko 9 milijardi dolara, od čega bi se $ 5 milijardi koristilo za izgradnju tunela - radilo bi na 1/4 energije u periodu od 15 godina. Kolajder bi počeo sa 91 GeV, proizvodeći oko 1013 Z bozona tokom četiri godine prije nego što je radio na 160 GeV da bi proizveo 108 W + i W čestice u periodu od dve godine. Dok su W i Z čestice već izmjerene pomoću LEP kolajdera, procjenjuje se da bi FCC-ee mašina poboljšala takva mjerenja za red veličine.

Do tada je radio na 240 GeV za tri godine, FCC-ee bi se fokusirao na stvaranje milion Higgsovih čestica. To bi fizičarima omogućilo da prouče svojstva Higsovog bozona sa preciznošću reda veličine većom nego što je to danas moguće sa LHC. Konačno, kolajder bi se zatim zatvorio na godinu dana kako bi se pripremio da radi na oko 360 GeV da bi proizveo milion top i anti-top parova tokom pet godina. Preciznija mjerenja takvih čestica mogu ukazivati na odstupanja od predviđanja Standardnog modela koja bi mogla ukazati na novu fiziku.

Kada se program fizike za FCC-ee dovrši, isti tunel bi tada mogao da se koristi za postavljanje proton-protonskog kolidera (FCC-hh) mnogo na isti način na koji je LEP napravio put za LHC. "FCC bi mogao biti odgovor LEP-a i LHC-a", kaže teoretičar John Ellis sa Kings College London. "Proton-protonski kolajder bi pružio najbolju šansu za otkrivanje novih čestica".



FCC-hh bi koristio LHC i njegove pred-injektorske akceleratore za napajanje kolidera koji bi mogao da dostigne vrhunsku energiju od 100 TeV - četiri puta veću od LHC. Ipak, za proizvodnju takvih energija sudara potrebno je razviti nove magnete koji rade na višim magnetnim poljima kako bi upravljali gredom oko kolidera. LHC trenutno radi sa 8 T superprovodnih magneta napravljenih od niobijum-titanijumskih (NbTi) legura. Upotrebljavaju se superprovodni magneti koji omogućavaju protok velikih struja bez rasipne energije zbog električnog otpora. FCC-hh, međutim, sa 50 GeV gredama, umjesto toga bi zahtijevao 16 T magneta napravljenih od niobijum-kositra (Nb3Sn) supravodiča.

Trenutno LHC prolazi kroz dvogodišnje isključenje kako bi poboljšao svoju jačinu svjetlosti - mjerilo brzine sudara čestica - za faktor 10. Nazvan LHC s visokim sjajem svjetlosti (HL-LHC) ima za cilj staviti ovaj materijal na ispitivanje pomoću 11 T Nb3Sn supravodljivih dipolnih magneta. Ipak, potrebno je sprovesti više istraživanja i razvoja.

Izvor: CNN

Ostavite Vaš komentar

Sva Fizika
%d bloggers like this: