Neseniai Europos branduolinių tyrimų organizacija (CERN) pristatė ateities žiedinio kolliderio (FCC), kuris turėtų pakeisti didįjį hadronų kolliderį, koncepcinį projektą. Koncepcija numato sukurti 100 km ilgio tunelį netoli Ženevos, kuriame planuojama nuosekliai išdėstyti akceleratoriaus žiedus darbui su įvairaus tipo spinduliais: nuo elektronų iki sunkiųjų branduolių. Kodėl fizikams reikalingas naujas susidūrimas, kokias užduotis jis išspręs ir kokį vaidmenį jame vaidina mokslininkai iš Rusijos, „RIA Novosti“pasakojo FCC projekto dalyvis, Nacionalinio tyrimų branduolinio universiteto MEPhI (NRNU MEPhI) profesorius Vitalijus Okorokovas.
- Vitalijus Aleksejevičius, kodėl fizikams reikia „Ateities žiedo susidūrimo“?- FCC projektas yra vienas svarbiausių šiandien kuriamos Europos dalelių fizikos strategijos leidimo taškų. Rusijos mokslininkai dalyvauja tarptautiniuose šios fundamentinio mokslo srities projektuose - tiek tiriant susidūrimus, tiek atliekant eksperimentus be greitintuvo. Šiuolaikinėje fizikoje elementariųjų dalelių pasaulį apibūdina vadinamasis standartinis modelis - kvantinio lauko teorija, apimanti elektromagnetinę, stiprią ir silpną sąveiką. Pagrindinių dalelių sudėtis šiame modelyje buvo visiškai eksperimentiškai patvirtinta atradus Higgso bozoną 2012 m., Esant dideliam hadronų kollideriui (LHC). Tačiau atsakymai į daugelį svarbių klausimų, pavyzdžiui, apie tamsiosios materijos prigimtį, apie materijos ir antimaterijos asimetrijos atsiradimą stebimoje Visatoje ir panašiai, nepatenka į standartinio modelio taikymo sritį. Siekdami išspręsti pagrindines pagrindinės fizikos problemas, mokslininkai kuria naujus, vis galingesnius greitintuvo kompleksus. - Kokias užduotis išspręs „Ateities žiedo susidūrėjas“? - Tai yra standartinio modelio parametrų matavimas nepasiekiamu tikslumu prieš tai, išsamus fazių perėjimų ir materijos savybių, vykstančių pačioje ankstyvojoje Visatoje ekstremaliomis sąlygomis, tyrimas, naujų fizikos signalų, esančių už standartinio modelio ribų, paieška, įskaitant tamsiosios medžiagos daleles. Fizikos požiūriu labai įdomu ištirti stiprios sąveikos ypatybes esant aukštai energijai ir sukurti ją apibūdinančią teoriją - kvantinę chromodinamiką.- Kokias užduotis išspręs „Ateities žiedo susidūrėjas“? - Tai yra standartinio modelio parametrų išmatuojimas anksčiau neprieinamu tikslumu, išsamus fazių perėjimų ir materijos savybių, vykstančių pačioje ankstyvojoje Visatoje ekstremaliomis sąlygomis, tyrimas, naujų fizikos signalų, esančių už standartinio modelio ribų, įskaitant tamsiosios medžiagos daleles, paieška. Fizikos požiūriu labai įdomu ištirti stiprios sąveikos ypatybes esant aukštai energijai ir sukurti ją apibūdinančią teoriją - kvantinę chromodinamiką.- Kokias užduotis išspręs „Ateities žiedo susidūrėjas“? - Tai yra standartinio modelio parametrų išmatuojimas nepasiekiamu tikslumu prieš tai, išsamus fazių perėjimų ir materijos savybių, vykstančių pačioje ankstyvojoje Visatoje ekstremaliomis sąlygomis, tyrimas, naujų fizikos signalų, esančių už standartinio modelio ribų, paieška, įskaitant tamsiosios medžiagos daleles. Fizikos požiūriu labai įdomu ištirti stiprios sąveikos ypatybes esant aukštai energijai ir sukurti ją apibūdinančią teoriją - kvantinę chromodinamiką.labai įdomu ištirti stiprios ultragarsinės energijos sąveikos savybes ir sukurti ją apibūdinančią teoriją - kvantinę chromodinamiką.labai įdomu ištirti stiprios ultragarsinės energijos sąveikos savybes ir sukurti ją apibūdinančią teoriją - kvantinę chromodinamiką.- Kokia šios teorijos esmė?- Pagal ją dalelės, vadinamos hadronais, pavyzdžiui, protonai ir neutronai, turi sudėtingą vidinę struktūrą, kurią sudaro kvarkai ir gluonai - pagrindinės standartinio modelio dalelės, turinčios stiprią sąveiką. Remiantis esamomis idėjomis, kvarkai ir gluonai yra apriboti hadronų viduje ir, net esant ekstremalioms sąlygoms, gali būti beveik laisvi tik tiesinėmis skalėmis, kurių dydis yra atominio branduolio dydžio. Tai yra pagrindinis stiprios sąveikos bruožas, kurį patvirtino daugybė eksperimentinių ir teorinių tyrimų. Tačiau šio svarbiausio reiškinio - kvarkų ir gluonų uždarumas (uždarumas) - mechanizmas dar nenustatytas. Keletą dešimtmečių gimdymo problema visada buvo įtraukta į visų rūšių pagrindinius neišspręstus fundamentaliosios fizikos problemų sąrašus. Įgyvendinant FCC projektą, planuojama gauti naujus eksperimentinius duomenis ir žymiai pasistūmėti į priekį suprantant stiprios sąveikos, ypač uždarumo, savybes.- Kokios priemonės yra skirtos šioms problemoms išspręsti?- Vykdant išsamią tyrimų programą naudojamas integruotas požiūris, pagal kurį FCC projektą sudaro du etapai. Pirmasis „FCC-ee“etapas apima elektronų-pozitronų kolliderio, kurio pluošto energija yra nuo 44 iki 182,5 gigaelektronvoltų, sukūrimą. Antrame etape bus atliekami eksperimentai su protonų ir branduolių susidūrusiomis sijomis. Manoma, kad šiuo atveju protonai turėtų pagreitėti iki 50 teraelektronvoltų ir sunkiųjų branduolių (švino) energijos - iki 19,5 teraelektronvoltų. Tai daugiau nei septynis kartus viršija energiją, pasiektą galingiausiame LHC eksploatavimo komplekse. Numatoma jį, kartu su visa esama infrastruktūra, panaudoti pagreitėjusių dalelių pluoštams gauti prieš įvedant į pagrindinį naujojo FCC-hh susidūrimo 100 km žiedą. Išorinio tiesinio elektronų greitintuvo, turinčio 60 gigaelektronvoltų energiją, konstrukcija leis įgyvendinti programą, skirtą išsamiam protono vidinės struktūros tyrimui, naudojant giliai neelastingą elektronų-protonų sklaidą (FCC - eh).- Tokio lygio įrenginių kūrimas ir statyba užtrunka dešimtmečius. Kada prasidės statyba? Kada tikimasi gauti pirmuosius mokslinius rezultatus?- Jei koncepcija bus priimta, FCC integralios programos įgyvendinimo pradžia planuojama maždaug 2020 m. „FCC-ee Lepton Collider“konstrukcija užtruks apie 18 metų, vėliau darbo trukmė bus apie 15 metų. Pasirodo, pirmojo etapo trukmė bus apie 35 metus. FCC-ee eksploatavimo metu prasidės antrojo projekto etapo paruošimas. Remiantis šia koncepcija, per dešimt metų nuo FCC-ee eksploatavimo pabaigos jis bus išmontuotas, sumontuotas hadrono kolliderio žiedas ir įrengti detektoriai. 2060 m. Viduryje planuojama gauti naujus duomenis apie protonus ir branduolines sijas. FCC operacijos su protonu ir branduolinėmis sijomis trukmė planuojama apie 25 metus, o antrojo etapo bendra trukmė - apie 35 metus. Taigi manoma, kad eksperimentai FCC tęsis iki XXI amžiaus pabaigos. Šis projektas bus tikrai globalus.
Kokį vaidmenį FCC projekte vaidina mokslininkai iš Rusijos, visų pirma iš NRNU MEPhI?
- „Salik.biz“
- NRNU MEPhI, kartu su kitomis Rusijos organizacijomis, aktyviai dalyvauja FCC projekte ir vykdo mokslinį darbą tiek rengiant fizinę būsimų tyrimų programą, tiek greitintuvo kompleksą.
NRNU MEPhI mokslininkai įnešė savo indėlį į FCC koncepciją, visų pirma pirmame tome, kuriame yra visų planuojamų sijų tipų bendrosios fizinės programos aprašymas, o trečiajame tome, skirtoje protonų ir branduolinių spindulių tyrimams (FCC - hh).
- Prašau papasakokite mums išsamiau
- Kaip minėta aukščiau, esant ypač aukštai temperatūrai (šimtus tūkstančių kartų didesniam nei Saulės centre) ir esant energijos tankiui, kvarkai ir klonai branduolinėse svarstyklėse gali tapti beveik laisvi, sudarydami naują materijos būseną, kuri paprastai vadinama kvarko-gluono plazma.
Protonų ir įvairių branduolių pluoštų susidūrimai su ypač aukšta FCC-hh kolliderio energija leis visų pirma ištirti kvarko-gluono medžiagos kolektyvines savybes, susidarančias sąveikaujant tiek didelėms sistemoms (sunkiesiems branduoliams), tiek mažosioms (protonas-protonas, protono branduolys), sudarydamos unikalias sąlygas daugelio dalelių būsenų savybėms tirti.
Suplanuotas FCC-hh, reikšmingas, palyginti su LHC, padidėjęs pluošto energijos ir integralaus šviesos pokytis atveria kokybiškai naujas galimybes tirti, pavyzdžiui, standartinio modelio sunkiausių pamatinių dalelių - Higso bozono (apie 125 kartus sunkesnio už protoną) ir t-kvarko - elgesį. (sunkesnis nei protonas apie 175 kartus) - karštoje ir tankioje kvarko-gluono medžiagoje, taip pat galimas jų panaudojimas kaip „zondai“šios medžiagos savybėms nustatyti.
Reklaminis vaizdo įrašas:
2014 m. Vasarą diskusijos metu Aukštosios energijos fizikos institute. A. A. Logunovas iš Nacionalinio tyrimų centro „Kurchatovo institutas“buvo pateiktas pasiūlymas panaudoti Higso bozonus kvarko-gluono medžiagos savybėms tirti. Šis pasiūlymas buvo įtrauktas į vieną iš tyrimų punktų, skirtų sunkiųjų branduolių pluoštams FCC. Mano nuomone, ši kryptis labai domina stiprios sąveikos fiziką.
Mes palietėme tik kai kuriuos būsimų tyrimų aspektus. FCC mokslinė programa yra labai plati ir darbas pagal šį projektą tęsiamas.