Fysikere diskuterer udsigterne for en 100 TeV-collider • Igor Ivanov • Videnskabsnyheder om "Elementerne" • LHC, CERN, Planer for fremtiden

Fysikere diskuterer udsigterne for en 100 TeV-collider

Den mulige placering af 80-100 kilometer tunnel til den nye 100-TeV proton collider, som de langsigtede udsigter til udviklingen af ​​CERN kan associeres med. Billede fra press.web.cern.ch

I dag blev CERN og ved Universitetet i Genève to videnskabelige konferencer afholdt med en gang afsat til fremtidige collider med meget høje energier, op til 100 TeV. En af dem blev gennemført inden for rammerne af et nyligt lanceret program hos CERN for at studere de tekniske aspekter af fremtidige projekter af ringkollider. En anden konference, der gik forud for den, fokuserede på de videnskabelige muligheder, der ville blive tilgængelige, da protonkollisionernes energi steg med næsten en størrelsesorden.

Lad os kort redegøre for den situation, der udvikler sig i partikelfysik nu efter den første treårige session af Large Hadron Collider.

I midten af ​​2000'erne var fysikere meget optimistiske. Mange af dem udtrykte håb om, at de første år og endda måneder af LHC-arbejdet vil give nye opdagelser: fødsel og forfald af nye partikler og usædvanlige fænomener, påvisning af supersymmetri eller anden teori ud over standardmodellen.Disse forhåbninger var ikke ubegrundede: Nye fænomener på en energiskala af 1 TeVs orden kunne føre til naturlige svar på nogle teoretiske spørgsmål.

Men regnbueforventningerne blev ikke bekræftet. I dag er kun Higgs boson åben, og alle dets målte egenskaber er i overensstemmelse med standard Higgs boson. Hverken supersymmetri eller andre væsentlige afvigelser fra standardmodellen er endnu blevet fundet. Alt dette tillader ikke fysikere at nå hovedmålet – at trænge ind på et niveau mere dybt i forståelsen af ​​materiens struktur.

Selvfølgelig forbliver teoretikere ikke inaktiv. De alt for optimistiske scenarier af supersymmetri og andre teorier lukker, men det lukker ikke ideerne selv. Hvis der tidligere var hovedvægten på nye fysiske fænomener ved en energiskala på ca. 1 TeV, er der nu blevet udbredt varianter, hvor afvigelser kun mærkes ved energier med titus TeV. Sådanne teorier kan næsten ikke skelnes fra standardmodellen på Large Hadron Collider, men med en betydelig stigning i energi kan de føre til slående effekter. Det er derfor, at fysikernes ønske om radikalt at øge kollisionsenergien er blevet mere og mere tydelig.

Som nævnt i en af ​​rapporterne, er æraen garanteret Opdagelser i elementær partikelfysik er forbi. Det er ikke kendt ved hvilke energier og i hvilke processer den nye facet af vores verden vil fremstå. Selvfølgelig kan det vise sig, at med stigende energi og lysstyrke vil LHC stadig finde en manifestation af New Physics, men det vil sandsynligvis være lille. Nobelprisen kan bringe en sådan opdagelse, men det vil ikke fungere i detaljer for at studere denne effekt. Og hvis vi virkelig ønsker at studere naturen og flytte ind i tidligere utilgængelige områder, så vil fysikere efter et par årtier, efter at LHC-kapaciteterne er opbrugt, få brug for en ny collider med nye evner. Denne collider skal planlægges nu, og derfor skal fysikere have en klar ide om, hvad hvert projekt er i stand til.

CERNs hovedinteresse med hensyn til langsigtet udvikling er nu det næste projekt. Det planlægges at grave op en ny 80-100 km lang ringtunnel i Frankrig og Schweiz (se figur), som vil rumme en ny protonkollider med en energi på 100 TeV. Det forventes, at teknologien til at skabe elektromagneter vil tillade den tid at øge magnetfeltet med mindst 2 gange, hvilket vil gøre det muligt at holde protoner af sådanne høje energier i kredsløb.Selvfølgelig er der samtidig tekniske vanskeligheder forbundet med frigivelse af energi og sikkerhed i installationen, og grupper af specialister vil arbejde på disse problemer. Gennemførelsen af ​​en sådan installation vil tage omkring 20 år. Derfor, hvis denne collider er planlagt til at blive lanceret efter LHC (det vil sige i området 2035-2040), er det nødvendigt at arbejde på det nu. En variant undersøges også, hvor der først vil blive installeret en elektron-positron-accelerator på en lille energi, hvilket vil være teknisk lettere at lave, og så vil det blive erstattet af et 100-prot proton.

Hvad skal fysikere styre ved sådanne energier? For det første den direkte opdagelse af nye tunge partikler, hvis masse kan nå titus af TeV. For det andet kan nye lyspartikler (for eksempel nye Higgs bosoner), der ikke er født på LHC, forekomme i dataene på grund af den lille sandsynlighed for denne proces. De estimater, der præsenteres på konferencen, viser, at denne mulighed er realiseret i mange aktuelle versioner af teorier.

For det tredje, selv om der ikke er opdaget nye partikler, har vi stadig en dårligt studeret Higgs boson.Hvis vi fokuserer på en protonkollider med en energi på 100 TeV, vil Higgs bosonerne blive født der af mange tusinder om dagen, hvilket betyder, at det vil være muligt at studere det i detaljer. Da Higgs boson bliver en almindelig partikel, vil målet ikke blot være at se det i dataene, men at opdage en usædvanlig proces med dets deltagelse. Disse kan være eksotiske nedfald, fødslen af ​​flere Higgs bosoner, usynlige nedfald af Higgs bosonet, som vil antydes ved forbindelsen med mørke stofpartikler mv. Vurderinger foretaget i en af ​​rapporterne giver håb om at finde usædvanlige nedfald med mindre end en sandsynlighed millioner. Således bliver Higgs bosonet omdannet fra en ende i sig selv til et værktøj til at studere fysik.

De sidste to konferencer var kun det første skridt i CERNs femårige program for at studere fremtidige collider. Nu vil flere hold af specialister begynde at studere tæt på et stort antal teoretiske og eksperimentelle muligheder, og om et år forventes deres nye arbejdsmøde. Parallelt vil der i efteråret 2014 blive udarbejdet et stort projekt for det nye europæiske forskningsprogram for næste femårige Horizon 2020.I 2018 forventes i slutningen af ​​programmet den første omfattende tekniske rapport om de undersøgte muligheder. Sammen med de nye LHC data vil det være muligt at bestemme de specifikke trin for den videre tekniske udvikling af CERN.


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: :???: :?: :!: