Európska organizácia pre jadrový výskum (CERN) nedávno predstavila koncepčný návrh pre budúci okružný nárazník (FCC), ktorý by mal nahradiť veľký hadrónový zrážač. Koncepcia predpokladá vytvorenie 100 km dlhého tunela v blízkosti Ženevy, v ktorom sa plánuje postupné umiestňovanie urýchľovacích prstencov na prácu s lúčmi rôznych typov: od elektrónov k ťažkým jadrám. Prečo fyzici potrebujú nového kolízora, aké úlohy bude riešiť a akú úlohu v tom zohrávajú vedci z Ruska, účastník projektu FCC, profesor Národnej výskumnej jadrovej univerzity MEPhI (NRNU MEPhI), Vitalij Okorokov, informoval RIA Novosti.
- Vitalij Alekseevič, prečo fyzici potrebujú kolenníka pre budúci prsteň?- Projekt FCC je jedným z najdôležitejších bodov nového vydania Európskej stratégie pre fyziku častíc, ktorá sa formuje dnes. Vedci z Ruska sa zúčastňujú na medzinárodných projektoch v tejto oblasti základnej vedy, a to tak vo výskume zrážok, ako aj na pokusoch bez urýchlenia. V modernej fyzike je svet elementárnych častíc opísaný v tzv. Štandardnom modeli - teórii kvantového poľa, ktorý zahŕňa elektromagnetické, silné a slabé interakcie. Zloženie základných častíc v tomto modeli bolo úplne experimentálne potvrdené objavom Higgsovho bozónu v roku 2012 na veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC). Odpovede na mnoho dôležitých otázok, napríklad o povahe temnej hmoty, o výskyte asymetrie hmoty a antihmoty v pozorovateľnom vesmíre atď., Však presahujú rámec štandardného modelu. Vedci navrhujú nové, stále silnejšie urýchľovacie komplexy, aby našli riešenia kľúčových problémov základnej fyziky. - Aké úlohy bude Future Ring Collider riešiť? - Toto je meranie parametrov štandardného modelu s nedosiahnuteľnou presnosťou predtým, podrobné štúdium fázových prechodov a vlastností hmoty prebiehajúcich vo veľmi ranom vesmíre v extrémnych podmienkach, hľadanie signálov z novej fyziky mimo štandardného modelu, vrátane častíc temnej hmoty. Z hľadiska fyziky je veľmi zaujímavé študovať vlastnosti silnej interakcie na ultravysokých energiách a vyvinúť teóriu, ktorá ju popisuje - kvantovú chromodynamiku.- Aké úlohy bude Future Ring Collider riešiť? - Toto je meranie parametrov štandardného modelu s nedosiahnuteľnou presnosťou predtým, podrobné štúdium fázových prechodov a vlastností hmoty prebiehajúce vo veľmi ranom vesmíre v extrémnych podmienkach, hľadanie signálov z novej fyziky mimo štandardného modelu, vrátane častíc temnej hmoty. Z hľadiska fyziky je veľmi zaujímavé študovať vlastnosti silnej interakcie na ultravysokých energiách a vyvinúť teóriu, ktorá ju popisuje - kvantovú chromodynamiku.- Aké úlohy bude Future Ring Collider riešiť? - Toto je meranie parametrov štandardného modelu s nedosiahnuteľnou presnosťou predtým, podrobné štúdium fázových prechodov a vlastností hmoty prebiehajúce vo veľmi ranom vesmíre v extrémnych podmienkach, hľadanie signálov z novej fyziky mimo štandardného modelu, vrátane častíc temnej hmoty. Z hľadiska fyziky je veľmi zaujímavé študovať vlastnosti silnej interakcie na ultravysokých energiách a vyvinúť teóriu, ktorá ju popisuje - kvantovú chromodynamiku. Je veľmi zaujímavé študovať vlastnosti silnej interakcie na ultravysokých energiách a vyvinúť teóriu, ktorá ju popisuje - kvantovú chromodynamiku. Je veľmi zaujímavé študovať vlastnosti silnej interakcie na ultravysokých energiách a vyvinúť teóriu, ktorá ju popisuje - kvantovú chromodynamiku.- Čo je podstatou tejto teórie?- Podľa toho majú častice nazývané hadróny, napríklad protóny a neutróny, zložitú vnútornú štruktúru tvorenú kvarkmi a gluónmi - základné častice štandardného modelu zapojené do silných interakcií. Podľa existujúcich konceptov sú kvarky a gluóny uzavreté vo vnútri hadrónov a aj za extrémnych podmienok môžu byť kvázi bez kvázi iba na lineárnych mierkach rádu veľkosti atómového jadra. Toto je kľúčový znak silnej interakcie, čo potvrdilo veľké množstvo experimentálnych a teoretických štúdií. Mechanizmus tohto najdôležitejšieho fenoménu - uväznenie kvarkov a gluónov (uväznenie) - však ešte nebol stanovený. Už niekoľko desaťročí je problém uväznenia vždy zahrnutý do všetkých druhov zoznamov hlavných nevyriešených problémov základnej fyziky. V rámci projektu FCC sa plánuje získanie nových experimentálnych údajov a výrazný pokrok v porozumení vlastností silných interakcií, najmä uväznenia.- Aké nástroje majú tieto problémy riešiť?- Integrovaný prístup sa používa na vykonávanie rozsiahleho výskumného programu, podľa ktorého projekt FCC zahŕňa dve fázy. Prvá fáza "FCC-ee" zahŕňa vytvorenie elektrón-pozitrónového zrážača s energiou lúča v rozmedzí od 44 do 182,5 gigaelektronvoltov. V druhej fáze sa uskutočnia experimenty „FCC-hh“na zrážajúcich sa lúčoch protónov a jadier. V tomto prípade sa predpokladá, že urýchli protóny na energiu 50 teraelektronvoltov a ťažkých jadier (olovo) - až 19,5 teraelektronvoltov. Je to viac ako sedemkrát vyššia energia ako v najsilnejšom operačnom komplexe LHC. Plánuje sa jej použitie spolu s celou existujúcou infraštruktúrou na získanie lúčov zrýchlených častíc skôr, ako sa zavedú do hlavného 100 kilometrového okruhu nového kolektora FCC-hh. Konštrukcia externého lineárneho urýchľovača elektrónov s energiou 60 gigaelektronvoltov umožní realizovať program na podrobné štúdium vnútornej štruktúry protónu pomocou hlbokého nepružného rozptylu elektrón-protón (FCC - eh).- Vývoj a výstavba zariadení tejto úrovne trvá desaťročia. Kedy sa začne výstavba? Kedy sa očakávajú prvé vedecké výsledky?- Ak sa koncepcia prijme, začiatok vykonávania integrálneho programu FCC sa plánuje okolo roku 2020. Konštrukcia nárazníka FCC-ee lepton bude trvať asi 18 rokov s následným trvaním práce asi 15 rokov. Ukazuje sa, že prvá fáza bude trvať asi 35 rokov. Počas prevádzky komisie FCC-ee sa začne príprava druhej fázy projektu. V súlade s touto koncepciou bude do desiatich rokov po ukončení prevádzky FCC-ee demontovaná, postavený hadronový kolízny krúžok a namontované detektory. V polovici roku 2060 sa plánuje získanie nových údajov pre protónové a jadrové lúče. Trvanie operácie FCC s protónovými a jadrovými lúčmi je plánované na približne 25 rokov a celková doba trvania druhej fázy je približne 35 rokov. Preto sa predpokladá, že pokusy na FCC budú pokračovať až do konca 21. storočia. Tento projekt bude skutočne globálny.
Akú úlohu zohrávajú vedci z Ruska, najmä z NRNU MEPhI, v projekte FCC?
- NRNU MEPhI sa spolu s ďalšími ruskými organizáciami aktívne zúčastňuje na projekte FCC a vykonáva vedecké práce tak pre fyzický program budúceho výskumu, ako aj pre komplex urýchľovačov.
Vedci z NRNU MEPhI prispeli k koncepcii FCC, najmä v prvom zväzku, ktorý obsahoval opis všeobecného fyzického programu pre všetky plánované typy lúčov, a v treťom zväzku, venovanom výskumu protónovým a jadrovým lúčom (FCC - hh).
- Povedzte nám podrobnejšie, prosím
- Ako je uvedené vyššie, pri extrémne vysokých teplotách (stovky tisíckov vyšších než v strede Slnka) a hustote energie sa môžu kvarky a gluóny v jadrových váhach takmer bez kvázi a tvoriť nový stav hmoty, ktorý sa zvyčajne nazýva kvark-gluónová plazma.
Zrážky lúčov protónov a rôznych jadier pri ultravysokých energiách kolektora FCC-hh umožnia študovať najmä kolektívne vlastnosti kvark-gluónovej hmoty vzniknutej pri interakciách veľkých systémov (ťažké jadrá) a malých (protónové-protónové, protónové jadro), poskytujú jedinečné podmienky na štúdium vlastností stavov mnohých častíc.
Plánované zvýšenie FCC-hh, v porovnaní s LHC, významné zvýšenie energie a integrálnej svietivosti lúčov otvára kvalitatívne nové možnosti pre štúdium, napríklad, správanie najťažších základných častíc štandardného modelu - Higgsov bozón (asi 125-krát ťažší ako protón) a t-kvark. (ťažšie ako protón asi 175 krát) - v horúcej a hustej hmote kvark-gluónu, ako aj ich možné použitie ako „sondy“na určenie vlastností tejto látky.
Propagačné video:
V lete 2014 počas diskusie na Ústave fyziky vysokých energií. A. A. Logunov Národného výskumného centra „Kurchatovský inštitút“bol predložený návrh na použitie Higgsových bozónov na štúdium vlastností kvark-gluónovej hmoty. Tento návrh bol zaradený ako jedna z položiek do výskumného programu s lúčmi ťažkých jadier na FCC. Podľa môjho názoru je tento smer veľmi zaujímavý pre fyziku silných interakcií.
Dotkli sme sa iba niektorých aspektov budúceho výskumu. Vedecký program FCC je veľmi rozsiahly a práce na tomto projekte prebiehajú.