Nemrégiben az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) a Future Circular Collider (FCC) koncepcionális tervét mutatta be, amelynek fel kell váltania a Nagy Hadron Collidert. A koncepció egy 100 km hosszú alagút létrehozását tervezi Genf környékén, amelyben a tervek szerint gyorsító gyűrűket helyeznek el egymástól különböző típusú sugarakkal való munkavégzés céljából: az elektronoktól a nehéz magokig. Miért van szükség a fizikusoknak egy új ütközőre, milyen feladatokat fog megoldani, és milyen szerepet játszik ebben az oroszországi tudós ?, az FCC projekt résztvevője, a MEPhI (NRNU MEPhI) Nemzeti Kutatási Nukleáris Egyetem professzora, Vitaly Okorokov mondta a RIA Novosti-nak.
- Vitaly Alekseevich, miért kell a fizikusoknak a Future Ring Collidert?- Az FCC projekt a részecskefizikáról szóló, ma kialakuló európai stratégia új kiadásának egyik legfontosabb pontja. Az orosz tudósok részt vesznek az alaptudomány e területének nemzetközi projektjeiben, mind az ütközőkkel végzett kutatásokban, mind a nem gyorsító kísérletekben. A modern fizikában az elemi részecskék világát az úgynevezett standard modell - kvantummező elmélet írja le, amely magában foglalja az elektromágneses, az erős és a gyenge kölcsönhatásokat. Az alapvető részecskék összetételét ebben a modellben teljes mértékben kísérletileg megerősítették a Higgs-bozon 2012-ben történt felfedezésével a nagy hadroncsatorna során (LHC). Azonban a sok fontos kérdésre adott válaszok, például a sötét anyag természetéről, az anyag aszimmetria és az antianyag megjelenéséről a megfigyelhető univerzumban és így tovább, a standard modell hatókörén kívül esnek. Az alapvető fizika kulcsproblémáinak megoldására a tudósok új, egyre erősebb gyorsító komplexeket terveznek. - Milyen feladatokat fog megoldani a Future Ring Collider? - Ez a standard modell paramétereinek elérése előtt elérhetetlen pontosságú mérése, a nagyon korai univerzumban szélsőséges körülmények között zajló fázisátmenetek és az anyag tulajdonságainak részletes vizsgálata, a szabványmodellön kívüli új fizikából származó jelek keresése, beleértve a sötét anyag részecskéit is. A fizika szempontjából nagyon érdekes az erős kölcsönhatás tulajdonságainak tanulmányozása az ultramagas energiáknál, és kidolgozni egy azt leíró elméletet - kvantumkromodinamika.- Milyen feladatokat fog megoldani a Future Ring Collider? - Ez a standard modell paramétereinek elérése előtt elérhetetlen pontosságú mérése, a nagyon korai univerzumban szélsőséges körülmények között zajló fázisátmenetek és az anyag tulajdonságainak részletes vizsgálata, a szabványmodellön kívüli új fizikából származó jelek keresése, beleértve a sötét anyag részecskéit is. A fizika szempontjából nagyon érdekes az erős kölcsönhatás tulajdonságainak tanulmányozása az ultramagas energiáknál, és kidolgozni egy azt leíró elméletet - kvantumkromodinamika.- Milyen feladatokat fog megoldani a Future Ring Collider? - Ez a standard modell paramétereinek elérése előtt elérhetetlen pontosságú mérése, a nagyon korai univerzumban szélsőséges körülmények között zajló fázisátmenetek és az anyag tulajdonságainak részletes vizsgálata, a szabványmodellön kívüli új fizikából származó jelek keresése, beleértve a sötét anyag részecskéit is. A fizika szempontjából nagyon érdekes az erős kölcsönhatás tulajdonságainak tanulmányozása az ultramagas energiáknál, és kidolgozni egy azt leíró elméletet - kvantumkromodinamika.nagyon érdekes az erős kölcsönhatás tulajdonságainak tanulmányozása az ultramagas energiáknál, és kidolgozni egy azt leíró elméletet - kvantumkromodinamika.nagyon érdekes az erős kölcsönhatás tulajdonságainak tanulmányozása az ultramagas energiáknál, és kidolgozni egy azt leíró elméletet - kvantumkromodinamika.- Mi a lényege ennek az elméletnek?- Ennek értelmében a hadronnak nevezett részecskéknek, például protonoknak és neutronoknak komplex belső felépítése van, melyet kvarkok és gluonok alkotnak - a standard modell alapvető részecskéi, amelyek erősen kölcsönhatásba lépnek. A meglévő elképzelések szerint a kvarkok és a gluonok a hadronok belsejében vannak korlátozva, és még szélsőséges körülmények között is csak kvótamentesek lehetnek, csak egy atommag méretének megfelelő lineáris skálán. Ez az erős interakció kulcseleme, amelyet számos kísérleti és elméleti tanulmány megerősített. Ennek a legfontosabb jelenségnek a mechanizmusát - a kvarkok és gluonok elszigetelését (megszorítás) - azonban még nem határozták meg. Több évtizeden keresztül a szülési problémát mindig beillesztették az alapvető fizika legfontosabb megoldatlan problémáinak mindenféle listájába. Az FCC projekt keretében új kísérleti adatok beszerzését tervezik, és jelentősen előrelépni az erős interakciók - különösen a szülés - tulajdonságainak megértésében.- Milyen eszközökkel állítják elő ezeket a problémákat?- Integrált megközelítést alkalmaznak egy kiterjedt kutatási program végrehajtására, amely szerint az FCC projekt két szakaszból áll. Az első szakaszban az "FCC-ee" egy elektron-pozitron ütköző létrehozását foglalja magában, amelynek fénysugár-energiája a 44-182,5 gigaelektronvolt tartományba esik. A második szakaszban az "FCC-hh" kísérleteket végezzük protonok és magok ütköző gerendáin. Ebben az esetben feltételezik, hogy a protonokat 50 teraelektronvolt és nehéz magok (ólom) energiáig gyorsítsák fel - 19,5 teraelektronvoltra. Ez több mint hétszerese az LHC legerősebb működési komplexén elért energiának. A tervek szerint - a teljes meglévő infrastruktúrával együtt - felgyorsított részecskék gerendáinak előállításához, még mielőtt azokat bevezetnék az új ütköző FCC-hh fő 100 km-es gyűrűjébe. Egy 60 gigaelektronvolt energiájú, külső lineáris elektrongyorsító felépítése lehetővé teszi a proton belső szerkezetének részletes tanulmányozására szolgáló program megvalósítását mély rugalmatlan elektron-proton szórással (FCC - eh).- Az ilyen szintű létesítmények fejlesztése és építése évtizedekig tart. Mikor kezdődik az építkezés? Mikor várható az első tudományos eredmények megszerzése?- Ha a koncepció elfogadásra kerül, akkor az FCC integrált programjának végrehajtása 2020 körül kezdődik. Az FCC-ee lepton-ütköző építése körülbelül 18 évig tart, ezt követő munka időtartama körülbelül 15 év. Kiderült, hogy az első szakasz időtartama körülbelül 35 év. Az FCC-ee működése során megkezdődik a projekt második szakaszának előkészítése. A koncepciónak megfelelően az FCC-ee működésének befejezésétől számított tíz éven belül lebontják, felépítik a hadron ütköző gyűrűt és detektorokat telepítenek. 2060 közepére tervezik új adatok beszerzését a protonokról és a nukleáris sugárzásról. Az FCC proton- és atomnyaláb-műveletének időtartama körülbelül 25 év, a második szakasz teljes időtartama körülbelül 35 év. Ezért feltételezzük, hogy az FCC kísérletei a 21. század végéig folytatódnak. Ez a projekt valóban globális lesz.
Milyen szerepet játszanak különösen az orosz, az NRNU MEPhI képviselői az FCC projektben?
- Az NRNU MEPhI, más orosz szervezetekkel együtt, aktívan részt vesz az FCC projektben és tudományos munkát végez mind a jövőbeli kutatások fizikai programja, mind a gyorsító komplexum területén.
Az NRNU MEPhI tudósai hozzájárultak az FCC koncepcióhoz, elsősorban az első kötetben, amely az összes tervezett sugártípus általános fizikai programjának leírását tartalmazza, és a harmadik kötetben a proton- és nukleáris sugarakkal (FCC - hh) végzett kutatásokra.
- Kérem, mondja el részletesebben
- Mint fentebb említettük, rendkívül magas hőmérsékleteken (több százezer-szer magasabb, mint a Nap középpontjában) és az energia sűrűségén a kvarkok és gluonok kvázi-mentesé válhatnak a nukleáris skálákon, új anyagállapotot képezve, amelyet általában kvark-gluon plazmának neveznek.
A protonnyalábok és a különféle magok ütközése az FCC-hh ütköző ultra nagy energiáin lehetővé teszi különösen a kvark-gluon anyag kollektív tulajdonságainak vizsgálatát, mind a nagy rendszerek (nehéz magok), mind a kicsi (proton-proton, proton-mag) kölcsönhatásai révén. egyedülálló feltételek biztosítása a sok részecskés állapotok tulajdonságainak tanulmányozására.
Az FCC-hh-ra tervezett, az LHC-hez képest szignifikánsan növekvő sugárzás energia és integrált fényereje kvalitatív módon új lehetőségeket nyit meg a standard modell legnehezebb alapvető részecskéinek - a Higgs-bozonnak (kb. 125-szer nehezebb, mint egy proton) - és a t-kvarkk viselkedésének tanulmányozására. (kb. 175-szer a protonnál nehezebb) - forró és sűrű kvarki-gluon anyagban, valamint ezek lehetséges "szondái" -ként történő felhasználása az anyag tulajdonságainak meghatározására.
Promóciós videó:
2014 nyarán, a Nagy Energia Fizikai Intézetben folytatott vita során. A. A. Logunov, a "Kurchatov Intézet" Nemzeti Kutatóközpont javaslatot tett a Higgs-boszonok felhasználására a kvarklon anyag tulajdonságainak tanulmányozására. Ezt a javaslatot bevezették az FCC nehéz magmagú gerendáival folytatott kutatási program egyik eleméhez. Véleményem szerint ez az irány nagy érdeklődést mutat az erős kölcsönhatások fizikája szempontjából.
Csak a jövőbeli kutatások néhány aspektusát érintettük. Az FCC tudományos programja nagyon kiterjedt, és a projekt keretében folyamatban van a munka.