Et hundrede kilometer collider

Et hundrede kilometer collider

Alexandra Borisova
"Trinity Option" № 20 (189), 6. oktober 2015

På konferencen i Varna (Bulgarien) blev den anden lancering af Large Hadron Collider, fysik uden for standardmodellen og fremtidens collider diskuteret af deltagerne i RDMS-samarbejdet fra CMS BAK-eksperimentet.

Konference RDMS-2015, gruppebillede. Foto V. Zhiltsova

RDMS-samarbejdet (Rusland og Dubna-medlemsstaterne) forener fysikere fra JINR-medlemsstaterne, der arbejder på CMS-detektoren (Compact Muon Solenoid, compact muon solenoid) fra Large Hadron Collider. CMS sammen med ATLAS detektoren blev oprettet for at løse LHC's hovedopgaver – søgen efter Higgs boson og "new physics" – partikler uden for standardmodellen.

På en konference i Varna (RDMS-seminaret afholdes en gang om året, sidste år blev det afholdt i Dubna) diskuterede forskere det fysiske arbejdsprogram for BAKs anden runde, der begyndte i foråret, og en række aspekter af teoretisk fysik – hovedsagelig Higgs boson-egenskaber hos fysikere. og går ud over standardmodellen og moderniseringen af ​​Large Hadron Collider og dens detektor – CMS – til fremtiden indtil slutningen af ​​20'erne.

Forskere håber at se den "nye fysik" – fysik ud over opfattelsen af ​​standardmodellen i det kommende år.Der er flere grunde til dette: LHC henvendte sig ikke kun til den planlagte kollisionsenergi (nu er det 13 TeV, planerne var 14 TeV), men også alvorligt forøget lysstyrken – antallet af partikler i strålen. Dette vil gøre det muligt at observere mange gange flere begivenheder, som for eksempel er afgørende for sådanne sjældne fænomener som forfaldet af Higgs boson.

Tidligere CMS-samarbejdspartner, Yuri Milner-vinder Guido Tonelli. Foto af V. Zhiltsov,

"Indtil vi ser tydelige signaler om ny fysik", som ville blive gengivet i forskellige observationskanaler og på begge detektorer – CMS og ATLAS. Men i løbet af det kommende år vil mængden af ​​data stige dramatisk, og dette er vigtigt for at observere sjældne hændelser, hvad vil der være fødsel af tidligere ukendte partikler. Vi vil være i stand til at studere et bredt spektrum af meget høje energier, og alle de foreliggende data tyder på, at den "nye fysik" gemmer sig der, og vi vil være i stand til at finde det. Disse data skal være nok. Hvis vi stadig ikke ser noget, vil dette også være en yderst vigtig og på en vis måde et revolutionerende resultat, der skal forstås og forklares, "sagde konferencegæst, den italienske fysiker Guido Tonelli, tidligere chef for CMS-samarbejdet.

Nu overvejer forskere en masse teorier for at forklare for eksempel mørk materie observeret i astrofysiske observationer af gravitationsinteraktion.

"Det er muligt, at der kun er en elementær partikel, der beskriver alt det mørke stof i universet. Formentlig er denne partikel ret tung, 100 gange tungere end protonerne og neutronerne, hvoraf det almindelige stof grundlæggende består. Måske er det så Denne ene partikel vil blive opdaget, og vi vil besvare alle spørgsmål om mørkt stof.

Men måske er det ikke tilfældet. Der er modeller, der tyder på, at mørkt materiale ikke består af en enkeltpartikel, men af ​​flere komponenter. Måske er dette ikke en tung, men en let partikel, "sagde en anden deltager af konferencen, professor i JINR og MIPT, Dmitry Kazakov.

Imidlertid er der i søgningen efter mørke stofpartikler i acceleratorer et problem: søgninger går ud fra, at disse partikler deltager i svag interaktion (det er kendt, at de ikke deltager i enten stærk eller elektromagnetisk interaktion og deltager i gravitationsinteraktion).

"Hvis denne partikel interagerer svagt, kan den opnås ved acceleratorer såvel som set i underjordiske eksperimenter (som Gran Sasso laboratoriet i Italien), når det flyver ind fra rummet og rammer vores mål.En anden mulighed er at se manifestationen af ​​en partikel i kosmiske stråler. Hvis det kun interagerer gravitationally, så er denne interaktion meget svag, med mange størrelsesordener svagere end den svage interaktion. Og så ved acceleratoren for at observere dens fødsel lykkes ikke: interaktion tværsnit vil være for lille. Dette er ikke en meget gunstig situation for fysikere, fordi vi ikke kan observere en sådan partikel. I denne forstand er fysikernes håb i dag forbundet med, at denne partikel stadig er involveret i svagt interaktion, og så kan vi identificere det i kosmiske stråler, underjordiske og acceleratorer. Selvfølgelig bekræfter opdagelsen af ​​en partikel på kun ét sted stadig ikke noget, du har brug for sin kumulative observation i de tre processer, der er anført ovenfor. Sammenligning af dem og teoretiske forudsigelser vil det være muligt at entydigt identificere denne partikel ", forklarede Kazakov.

I LHC 's fjerne planer – ikke at øge kollisionernes energi endnu mere, men det er vigtigt at øge lysstyrken for at "fange" de sjældnere begivenheder. Projektet af højlysstyrkekollideret hedder HL-LHC (HighLuminosityLHC).

"Vi vil arbejde med de nuværende parametre indtil midten af ​​2018, hvorefter collideren stopper for et halvt års opgradering, hvorefter vi planlægger at få den endelige kollisionsenergi på 14 TeV og nå lysstyrken dobbelt så stor som projektet. Så vi vil arbejde gennem slutningen af ​​2022 og derefter Vi vil være i 2,5 år for at forbedre vores bil drastisk. Denne collider bliver kaldt HL-LHC – HighLuminosityLHC, kollisionsenergien forbliver den samme, og lysstyrken skal stige med 5-7 (måske 10) gange fra den nominelle. vi kan indsamle for året den samme mængde data, at de nuværende parametre vi samles i fem år, og har tre gange bedre opløsning, "- sagde den italienske Ezio Todesco, projektleder for udviklingen af ​​magneter til HL-LHC.

Udviklingscyklusen af ​​teknologier til opførelse af nye superkraftmaskiner er meget lang, så fysikere skal nu tænke over, hvilke enheder de vil arbejde på i 30'erne af XXI århundrede efter afslutningen af ​​HL-LHC-programmet.

"For en accelerator, der erstatter LHC, bliver der generelt overvejet tre muligheder. Den første er Hadron Collider, hvor protoner kolliderer, som i LHC.Den anden er lepton collider som forgængeren af ​​LHC i sin tunnel – LEP, collideren af ​​elektroner og positrons. Og den tredje mulighed (men efter min mening er det mindre interessant) er kollisionen af ​​hadroner med leptoner. Vi er nu på farten med brainstorming og ikke forsømmer nogen af ​​disse muligheder. Hvilken slags enhed vil være i den nye store tunnel – nu taler vi om en ring med en længde på 100 km på CERN-stedet – fysikken viser. I dag kan vi sige, at vi teknisk set er mest forberedte på opførelsen af ​​en elektron-positron-kollider. Det vil sige, at der ikke er nogen færdige løsninger, det er ikke en triviel opgave; men der er en forståelse for, hvordan man udvikler de nødvendige teknologier i realistiske termer. For Hadron Collider skal vi virkelig skubbe teknologien frem i et stort antal aspekter. Dette er en alvorlig udfordring. Derfor begynder vi allerede forskning for at udvikle de teknologier, der er nødvendige for at skabe et sådant instrument, "forklarede Todesko." Det er klart, at når disse collider er bygget, vil de fleste af os allerede gå på pension, men det er en typisk situation for partikelfysik – horisonten planlægning om 10-20 år. I 1970'erne talte også folk om acceleratorer, der allerede var bygget af dem, der kom for at erstatte dem, "siger forskeren.

Placeringen af ​​den fremtidige 100 kilometer lange kollider ved CERN på grænsen til Schweiz og Frankrig (Foto: CERN)

RDMS-samarbejdet har en rig historie. Det blev skabt for 21 år siden på forslag af Michel Del Negre, leder af CMS-foreningen, der startede sin udvikling på det tidspunkt, skabte det eponymiske eksperimentelle kompleks ved LHC og arbejder nu med succes på det såvel som Dubna-fysikerne under ledelse af Igor Golutvin, permanent leder af RDMS-projektet. Tanken var at forene små gruppers fysikers indsats fra institutterne i Rusland og JINR-medlemslandene, så det ville være muligt at tage ansvar for en tilstrækkelig stor del af anlægget. For dette skal folk være forenet af en enkelt logik, en forståelse af en videnskabelig opgave, der skal løses. Og dette ville være et vigtigt bidrag til oprettelsen af ​​en unik installation – CMS. Mere end 300 RDMS forskere fra forskellige lande arbejdede sammen for at skabe et end-detektor system (endcap) CMS. Denne del af installationen omfatter mange detektorer af forskellige typer – muon kamre og to typer kalorimetre.

Ved oprettelsen af ​​endron-kalorimeteret havde Dubna sammen med Protvino og NIKIET (Moskva) en nøglerolle i udvikling og design af mekaniske endesystemer og absorberen.Messing til absorberen er fremstillet af pistolskaller af den nordlige havflåde i Skt. Petersborg. Messingabsorber er lavet på Minsk plante MZOR. Arbejdet med oprettelsen af ​​scintillatorer (detektorer, der er i stand til at udstråle lys ved absorption af ioniserende stråling) blev udført i Kharkov og Protvino. Specielt til LHC blev 80.000 unikke bly-wolframscintillationskrystaller til en elektromagnetisk kalorimeter dyrket ved hjælp af teknologien udviklet af Protvino og INR i samarbejde med kolleger fra Ukraine og Hviderusland. High-precision muon kamre blev fremstillet i Dubna og Gatchina. RDMS-samarbejdet har taget ansvar for oprettelsen af ​​dette nøglefærdige komplekse og gennemført alle opgaverne med succes.

"RDMS og dets leder Igor Golutvin er en meget vigtig del af CMS og meget kære kolleger for mig personligt. Vi arbejdede tæt på søgen efter Higgs boson. Og vi havde et øjeblik, da vi så signalet, men vi var ikke sikre på, om Higgs var eller ej. Så støttede Igor Golutvin mig meget. Alle lærte om resultatet af arbejdet i juli 2012, "sagde Guido Tonelli.

"Vi hørte fra vores bulgarske kolleger,især Lachezar Kostov, befuldmægtiget repræsentant for den bulgarske regering ved JINR, at for Bulgarien, som er et land i Den Europæiske Union og derfor tilhører CERN, er det meget vigtigt at være hos JINR. Fordi de er i en sådan forening som RDMS, er de i stand til at yde et mere meningsfuldt bidrag til CERN-programmer. Uden dette ville et relativt lille antal bulgarske fysikere opløse i store hold og ikke have haft deres eget ansigt. Og Dubna tillader oprettelse af sådanne fælles internationale hold, hvor hver gruppe kan yde et væsentligt bidrag, "sagde JINR direktør, formand for RDMS Advisory Council Victor Matveyev.

"CERN lederskabet indså også længe siden, at Dubna spiller en meget vigtig rolle, ikke blot med til at bidrage til et af eksperimenterne, men skaber en kultur for at forene nationale grupper i store udstrækninger – teoretisk og metodisk eksperimentelt uddannede teams. RDMS er allerede blevet et anerkendt mærke i CERN, i fysikernes verden, hvilket betyder den succesfulde form for deltagelse af repræsentanter fra flere lande i gennemførelsen af ​​et større internationalt projekt ", – tilføjede akademikeren Matveyev.

RDMS-konferencen afholdes for første gang i Bulgarien: Bulgarien er et af grundlæggerne og aktive deltagere i Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna.

"Bulgarien er traditionelt stærk inden for atomelektronik, og siden 1969 er Dubnins seminarer om atomelektronik blevet afholdt med os hvert andet år. Nu kaldes dette symposium NEC – NuclearElectronics and Computing, da computerteknologier er blevet meget tæt integreret i elektronik. RDMS-mødet afholdes hvert år i forskellige lande, og her i Varna har allerede fundet sted i 2006 og 2010 ", sagde professor Ivan Vankov, medformand for konferencens organisationskomité, tidligere bemyndiget repræsentant for Bulgarien ved JINR.

Begyndelsen af ​​konferencen blev overskygget af hændelsen på det russiske paskontrolsted: Et medlem af JINR-delegationen, Juan Suárez González, en specialist inden for partikelfysik, der arbejder ved det hviderussiske statsuniversitet, kunne ikke flyve til Varna. Forskeren bor og arbejder i Belarus i mere end 20 år, har opholdstilladelse og bevarer Colombiansk statsborgerskab. Han ankom til Moskva med tog og sluttede sig til JINR-delegationen i lufthavnen. Delegationen gik på en velordnet måde ved registrering og gik til paskontrol. Derefter så ingen af ​​mine kolleger den hviderussiske fysiker, han var ikke om bord i Varna. Som det viste sig,indehavere af opholdstilladelse i Hviderusland har ikke ret til at flyve til tredjelande fra Rusland og omvendt (selvom forskeren i Rusland var helt lovlig som en borger i Colombia, med hvem vi har visumfri ordning). Grænsetjenestene lovede at informere JINR-delegationen, som i øjeblikket var i lufthavnen, om den nuværende situation, men gjorde det ikke. Også fysikeren blev nægtet proceduren for udvisning til Hviderusland, så han var nødt til at vende tilbage til Minsk på egen regning, og delegationen var meget bekymret for at lede efter en person, der var forsvundet uden spor. Heldigvis blev Juan fundet to dage senere i Minsk, og hans rapport blev præsenteret på konferencen af ​​sine kolleger.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: