Nesen Eiropas Kodolpētījumu organizācija (CERN) iepazīstināja ar Future Circular Collider (FCC) konceptuālo projektu, kam vajadzētu aizstāt lielo hadronu sadursmi. Koncepcija paredz 100 km gara tuneļa izveidi Ženēvas tuvumā, kurā plānots secīgi izvietot akseleratora gredzenus darbam ar dažāda veida stariem: no elektroniem līdz smagajiem kodoliem. Kāpēc fiziķiem ir nepieciešams jauns sadursme, kādus uzdevumus tas atrisinās un kādu lomu tajā spēlē zinātnieki no Krievijas, RIA Novosti pastāstīja FCC projekta dalībnieks, Nacionālās pētniecības kodolenerģijas universitātes MEPhI (NRNU MEPhI) profesors Vitālijs Okorokovs.
- Vitālijs Aleksejevič, kāpēc fiziķiem ir vajadzīgs Future Ring Collider?- FCC projekts ir viens no vissvarīgākajiem punktiem jaunajā Eiropas Daļiņu fizikas stratēģijā, kas tiek veidota šodien. Zinātnieki no Krievijas piedalās starptautiskos projektos šajā fundamentālo zinātņu jomā gan pētījumos pie sadursmēm, gan eksperimentos, kas nav paātrinātāji. Mūsdienu fizikā elementāro daļiņu pasauli raksturo tā dēvētais standarta modelis - kvantu lauka teorija, kas ietver elektromagnētisko, spēcīgo un vājo mijiedarbību. Pamatdaļiņu sastāvs šajā modelī tika pilnībā eksperimentāli apstiprināts, atklājot Higsa bozonu 2012. gadā Lielajā hadronu sadursmē (LHC). Tomēr atbildes uz daudziem nozīmīgiem jautājumiem, piemēram, par tumšās matērijas dabu, par matērijas un antimateriāla asimetrijas parādīšanos novērojamajā Visumā un tā tālāk, ir ārpus standarta modeļa darbības jomas. Lai rastu risinājumus pamata fizikas galvenajām problēmām, zinātnieki projektē jaunus, arvien jaudīgākus akseleratora kompleksus. - Kādus uzdevumus atrisinās nākotnes gredzenu sadursme? - Tas ir standarta modeļa parametru mērīšana ar nesasniedzamu precizitāti pirms tam, detalizēts pētījums par fāžu pārejām un matērijas īpašībām, kas notiek ļoti agrīnā Visumā ekstremālos apstākļos, jaunas fizikas signālu meklēšana ārpus standarta modeļa, ieskaitot tumšās vielas daļiņas. No fizikas viedokļa ir ļoti interesanti izpētīt spēcīgas mijiedarbības īpašības pie ultraaugstām enerģijām un izstrādāt teoriju, kas to raksturo - kvantu hromodinamiku.- Kādus uzdevumus atrisinās nākotnes gredzenu sadursme? - Tas ir standarta modeļa parametru mērīšana ar nesasniedzamu precizitāti pirms tam, detalizēts pētījums par fāžu pārejām un matērijas īpašībām, kas notiek ļoti agrīnā Visumā ekstremālos apstākļos, jaunas fizikas signālu meklēšana ārpus standarta modeļa, ieskaitot tumšās vielas daļiņas. No fizikas viedokļa ir ļoti interesanti izpētīt spēcīgas mijiedarbības īpašības pie ultraaugstām enerģijām un izstrādāt teoriju, kas to raksturo - kvantu hromodinamiku.- Kādus uzdevumus atrisinās nākotnes gredzenu sadursme? - Tas ir standarta modeļa parametru mērīšana ar nesasniedzamu precizitāti pirms tam, detalizēts pētījums par fāžu pārejām un matērijas īpašībām, kas notiek ļoti agrīnā Visumā ekstremālos apstākļos, jaunas fizikas signālu meklēšana ārpus standarta modeļa, ieskaitot tumšās vielas daļiņas. No fizikas viedokļa ir ļoti interesanti izpētīt spēcīgas mijiedarbības īpašības pie ultraaugstām enerģijām un izstrādāt teoriju, kas to raksturo - kvantu hromodinamiku.ir ļoti interesanti izpētīt spēcīgas mijiedarbības īpašības pie ārkārtīgi augstām enerģijām un izstrādāt teoriju, kas to raksturo - kvantu hromodinamiku.ir ļoti interesanti izpētīt spēcīgas mijiedarbības īpašības pie ārkārtīgi augstām enerģijām un izstrādāt teoriju, kas to raksturo - kvantu hromodinamiku.- Kāda ir šīs teorijas būtība?- Saskaņā ar to daļiņām, kuras sauc par hadroniem, piemēram, protoniem un neitroniem, ir sarežģīta iekšējā struktūra, ko veido kvarki un gluoni - standarta modeļa pamata daļiņas, kas iesaistītas spēcīgā mijiedarbībā. Saskaņā ar pastāvošajām koncepcijām, kvarki un gluoni ir norobežoti hadronu iekšienē, un pat ārkārtējos apstākļos tie var būt gandrīz bez lineāriem svariem, kas ir lielāki par atoma kodola lielumu. Šī ir spēcīgas mijiedarbības galvenā iezīme, ko apstiprina liels skaits eksperimentālu un teorētisku pētījumu. Tomēr šīs vissvarīgākās parādības - kvarku un gluonu norobežošana (norobežošana) - mehānisms vēl nav noteikts. Vairākas desmitgades dzemdību problēma vienmēr ir iekļauta visu veidu fizikāli neatrisināto galveno fizikas problēmu sarakstos. FCC projekta ietvaros plānots iegūt jaunus eksperimentālos datus un ievērojami uzlabot spēcīgas mijiedarbības, it īpaši norobežošanās, īpašības.- Kādi rīki ir domāti šo problēmu risināšanai?- Lai veiktu plašu pētījumu programmu, tiek izmantota integrēta pieeja, saskaņā ar kuru FCC projekts ietver divus posmus. Pirmais posms "FCC-ee" paredz elektronu-pozitronu sadursmes radīšanu ar staru enerģiju diapazonā no 44 līdz 182,5 gigaelektronvolti. Otrajā posmā tiks veikti "FCC-hh" eksperimenti ar protonu un kodolu sadursmēm. Šajā gadījumā ir paredzēts, ka protoni paātrinās līdz 50 teraelektronvoltu un smago kodolu (svina) enerģijai - līdz 19,5 teraelektronvolti. Tas ir vairāk nekā septiņas reizes vairāk par enerģiju, kas sasniegta LHC visspēcīgākajā darbības kompleksā. Plānots to izmantot kopā ar visu esošo infrastruktūru, lai iegūtu paātrinātu daļiņu starus, pirms tie tiek ievesti jaunā sadursmes veida FCC-hh galvenajā 100 kilometru riņķī. Ārēja lineārā elektronu paātrinātāja uzbūve ar 60 gigaelektronvoltu enerģiju ļaus īstenot programmu sīki izstrādātam protona iekšējās struktūras pētījumam, izmantojot dziļu neelastīgu elektronu-protonu izkliedi (FCC - eh).- Šāda līmeņa instalāciju izstrāde un celtniecība prasa desmitiem gadu. Kad sāksies būvniecība? Kad ir paredzēts iegūt pirmos zinātniskos rezultātus?- Ja koncepcija tiks pieņemta, FCC neatņemamās programmas ieviešanas sākums ir plānots ap 2020. gadu. FCC-ee leptona sadursmes ierīces būvniecība prasīs apmēram 18 gadus, turpmākais darbu ilgums būs aptuveni 15 gadi. Izrādās, ka pirmā posma ilgums būs apmēram 35 gadi. FCC-ee darbības laikā tiks sākta projekta otrā posma sagatavošana. Saskaņā ar koncepciju desmit gadu laikā pēc FCC-ee darbības beigām tas tiks demontēts, tiks uzstādīts hadrona sadursmes gredzens un uzstādīti detektori. Jaunu datu iegūšana par protonu un kodolstariem tiek plānota 2060. gada vidū. FCC darbības ilgums ar protonu un kodolstariem tiek plānots apmēram 25 gadus, bet kopējais otrā posma ilgums ir aptuveni 35 gadi. Tādējādi tiek pieņemts, ka eksperimenti FKT turpināsies līdz 21. gadsimta beigām. Šis projekts būs patiesi globāls.
Kādu lomu FCC projektā spēlē īpaši zinātnieki no Krievijas, jo īpaši no NRNU MEPhI?
- NRNU MEPhI kopā ar citām krievu organizācijām aktīvi piedalās FCC projektā un veic zinātnisku darbu gan nākotnes pētījumu fiziskajai programmai, gan paātrinātāja kompleksam.
NRNU MEPhI zinātnieki sniedza ieguldījumu FCC koncepcijā, jo īpaši pirmajā sējumā, kurā ir visu plānoto staru veidu vispārējās fiziskās programmas apraksts, un trešajā sējumā, kas veltīts pētījumiem ar protonu un kodola stariem (FCC - hh).
- Lūdzu, pastāstiet mums sīkāk
- Kā minēts iepriekš, ārkārtīgi augstās temperatūrās (simtiem tūkstošu reižu augstāk nekā Saules centrā) un enerģijas blīvumā kvarki un gluoni var kļūt gandrīz brīvi kodolmēros, veidojot jaunu matērijas stāvokli, ko parasti sauc par kvarka-gluona plazmu.
Protonu un dažādu kodolu staru sadursmes ar FCC-hh sadursmes ultraaugstām enerģijām jo īpaši ļaus izpētīt kvarka-gluona vielas kolektīvās īpašības, kas veidojas abu lielo sistēmu (smago kodolu) un mazo (protonu-protonu, protonu-kodolu) mijiedarbības laikā. nodrošinot unikālus apstākļus daudzdaļiņu stāvokļu īpašību izpētei.
Plānotais FCC-hh, ievērojams, salīdzinot ar LHC, staru enerģijas un neatņemama gaismas palielināšanās paver kvalitatīvi jaunas iespējas, piemēram, standarta modeļa smagāko pamata daļiņu - Higsa boza (apmēram 125 reizes smagāka par protonu) un t-kvarca - izturēšanās izpētei. (smagāks par protonu apmēram 175 reizes) - karstā un blīvā kvarka-gluona vielā, kā arī to iespējamā izmantošana kā "zondes", lai noteiktu šīs vielas īpašības.
Reklāmas video:
2014. gada vasarā, diskusijas laikā Augstās enerģijas fizikas institūtā. A. A. Logunovam no Nacionālā pētījumu centra "Kurchatov Institute" tika izvirzīts priekšlikums izmantot Higsa bozonus, lai izpētītu kvarka-gluona vielas īpašības. Šis priekšlikums tika iekļauts kā viens no posteņiem pētniecības programmā ar smago kodolu stariem FCC. Manuprāt, šis virziens rada ievērojamu interesi spēcīgas mijiedarbības fizikā.
Mēs esam pieskārušies tikai dažiem turpmākās izpētes aspektiem. FKT zinātniskā programma ir ļoti plaša, un darbs pie šī projekta turpinās.
