Recent, Organizația Europeană pentru Cercetări Nucleare (CERN) a prezentat un design conceptual pentru Viitorul Collider Circular (FCC), care ar trebui să înlocuiască Marele Colizor de Hadron. Conceptul prevede crearea unui tunel lung de 100 km în vecinătatea Geneva, în care este planificat să se plaseze secvențial inele de accelerație pentru lucrul cu grinzi de diferite tipuri: de la electroni la nuclee grele. De ce au nevoie fizicienii de un nou colizor, ce sarcini va rezolva și ce rol joacă oamenii de știință din Rusia în acest sens, a declarat pentru RIA Novosti un participant la proiectul FCC, profesor al Universității Naționale de Cercetare Nucleară MEPhI (NRNU MEPhI) Vitaly Okorokov.
- Vitaly Alekseevici, de ce fizicienii au nevoie de Viitorul colector de inele?- Proiectul FCC este unul dintre cele mai importante puncte ale noii ediții a Strategiei europene pentru fizica particulelor, care se formează astăzi. Oamenii de știință din Rusia participă la proiecte internaționale în acest domeniu al științei fundamentale, atât în cercetarea la coliziuni, cât și în experimente neaccelerare. În fizica modernă, lumea particulelor elementare este descrisă de așa-numitul Model Standard - teoria cuantică a câmpurilor, care include interacțiuni electromagnetice, puternice și slabe. Compoziția particulelor fundamentale din acest model a fost complet confirmată experimental odată cu descoperirea bosonului Higgs în 2012, la Colibrul de Hadroni (LHC). Cu toate acestea, răspunsurile la multe întrebări importante, de exemplu, despre natura materiei întunecate, despre apariția asimetriei materiei și antimateriei în Universul observabil și așa mai departe, sunt dincolo de domeniul de aplicare al modelului standard. Pentru a găsi soluții la problemele cheie din fizica fundamentală, oamenii de știință proiectează complexe de accelerare noi, tot mai puternice. - Ce sarcini va rezolva colizorul cu inelul viitor? - Aceasta este măsurarea parametrilor modelului standard cu o acuratețe de neatins înainte, un studiu detaliat al tranzițiilor de fază și proprietățile materiei care se desfășoară în Universul foarte timpuriu în condiții extreme, căutarea de semnale de fizică nouă în afara modelului standard, inclusiv particule de materie întunecată. Din punct de vedere al fizicii, este foarte interesant să studiem proprietățile interacțiunii puternice la energiile ultrahigh și să dezvoltăm o teorie care o descrie - cromodinamica cuantică.- Ce sarcini va rezolva colizorul cu inelul viitor? - Aceasta este măsurarea parametrilor modelului standard cu o acuratețe de neatins înainte, un studiu detaliat al tranzițiilor de fază și proprietățile materiei care se desfășoară în Universul foarte timpuriu în condiții extreme, căutarea de semnale de fizică nouă în afara modelului standard, inclusiv particule de materie întunecată. Din punct de vedere al fizicii, este foarte interesant să studiem proprietățile interacțiunii puternice la energiile ultrahigh și să dezvoltăm o teorie care o descrie - cromodinamica cuantică.- Ce sarcini va rezolva colizorul cu inelul viitor? - Aceasta este măsurarea parametrilor modelului standard cu o acuratețe de neatins înainte, un studiu detaliat al tranzițiilor de fază și proprietățile materiei care se desfășoară în Universul foarte timpuriu în condiții extreme, căutarea de semnale de fizică nouă în afara modelului standard, inclusiv particule de materie întunecată. Din punct de vedere al fizicii, este foarte interesant să studiem proprietățile interacțiunii puternice la energiile ultrahigh și să dezvoltăm o teorie care o descrie - cromodinamica cuantică.este foarte interesant să studiem proprietățile interacțiunii puternice la energiile ultrahigh și să dezvoltăm o teorie care o descrie - cromodinamica cuantică.este foarte interesant să studiem proprietățile interacțiunii puternice la energiile ultrahigh și să dezvoltăm o teorie care o descrie - cromodinamica cuantică.- Care este esența acestei teorii?- Potrivit acestuia, particulele numite hadroni, de exemplu protoni și neutroni, au o structură internă complexă formată din quark și gluoni - particule fundamentale ale modelului standard implicate în interacțiuni puternice. Conform ideilor existente, quarkurile și gluonii sunt limitate în interiorul hadronilor și, chiar și în condiții extreme, pot fi cvasi-libere numai pe scări liniare de ordinul dimensiunii unui nucleu atomic. Aceasta este o caracteristică cheie a interacțiunii puternice, fapt confirmat de un număr mare de studii experimentale și teoretice. Cu toate acestea, mecanismul acestui fenomen cel mai important - limitarea quark-urilor și a gluonilor (închiderea) - nu a fost încă stabilit. Timp de câteva decenii, problema confinării a fost inclusă în tot felul de liste cu principalele probleme nesoluționate ale fizicii fundamentale. În cadrul proiectului FCC, se planifică obținerea de noi date experimentale și avansarea semnificativă în înțelegerea proprietăților interacțiunilor puternice, în special a confinării.- Ce instrumente ar trebui să rezolve aceste probleme?- O abordare integrată este utilizată pentru realizarea unui amplu program de cercetare, conform căruia proiectul FCC include două etape. Prima etapă "FCC-ee" implică crearea unui colector de electroni-pozitron cu o energie de fascicul în intervalul 44 până la 182,5 gigaelectronvolți. În cea de-a doua etapă, vor fi efectuate experimente „FCC-hh” pe fascicule de coliziune de protoni și nuclei. În acest caz, se presupune că se accelerează protonii la o energie de 50 teraelectronvolți și nuclee grele (plumb) - până la 19,5 teraelectronvolți. Aceasta este de peste șapte ori mai mare decât energiile obținute la cel mai puternic complex de operare al LHC. Este planificat utilizarea acesteia, împreună cu întreaga infrastructură existentă, pentru a obține fascicule de particule accelerate înainte de a fi introduse în inelul principal de 100 de kilometri al noului colizor FCC-hh. Construcția unui accelerator liniar extern de electroni cu o energie de 60 gigaelectronvolți va face posibilă implementarea unui program pentru un studiu detaliat al structurii interne a unui proton folosind împrăștiere profundă inelastică a electronilor-protonilor (FCC - eh).- Dezvoltarea și construcția instalațiilor de acest nivel durează zeci de ani. Când va începe construcția? Când se așteaptă primele rezultate științifice obținute?- Dacă este adoptat conceptul, începerea implementării programului integral FCC este planificată în jurul anului 2020. Construcția colectorului FCC-ee Lepton va dura aproximativ 18 ani, cu o durată de lucru ulterioară de aproximativ 15 ani. Se pare că durata primei etape va fi de aproximativ 35 de ani. În timpul funcționării FCC-ee, va începe pregătirea celei de-a doua etape a proiectului. În conformitate cu conceptul, în termen de zece ani de la încheierea operațiunii FCC-ee, acesta va fi demontat, va fi ridicat inelul de colizor cu hadron și va fi instalat detectoare. Obținerea de noi date pentru protoni și grinzi nucleare este planificată pentru mijlocul anului 2060. Durata operației FCC cu protoni și grinzi nucleare este planificată pentru aproximativ 25 de ani, iar durata totală a celei de-a doua etape este de aproximativ 35 de ani. Astfel, se presupune că experimentele la FCC vor continua până la sfârșitul secolului XXI. Acest proiect va fi cu adevărat global.
Ce rol joacă, în special, oamenii de știință din Rusia, în special din cadrul NRNU MEPhI în proiectul FCC?
- NRNU MEPhI, împreună cu alte organizații ruse, participă activ la proiectul FCC și desfășoară activități științifice atât pentru programul fizic de cercetare viitoare, cât și pentru complexul accelerator.
Oamenii de știință ai NRNU MEPhI au adus o contribuție la conceptul FCC, în special, în primul volum, care conține o descriere a programului fizic general pentru toate tipurile de fascicule planificate, iar în al treilea volum, dedicat cercetării cu fascicule de protoni și nucleare (FCC - hh).
- Spune-ne mai detaliat, te rog
- Așa cum am menționat mai sus, la temperaturi extrem de ridicate (de sute de mii de ori mai mari decât în centrul Soarelui) și densități energetice, quark-urile și gluonii pot deveni cvasi-liberi pe scări nucleare, formând o nouă stare de materie, care este de obicei numită plasmă cu quark-gluon.
Coliziunile fasciculelor de protoni și diferiți nuclei la energiile ultrahigh ale colizorului FCC-hh vor face posibilă investigarea, în special, a proprietăților colective ale materiei quark-gluon formate prin interacțiuni ale sistemelor mari (nuclee grele) și mici (proton-proton, proton-nucleu), oferind condiții unice pentru studierea proprietăților stărilor cu multe particule.
Planificată pentru FCC-hh, semnificativă, comparativ cu LHC, creșterea energiei și a luminozității integrale a fasciculelor deschide posibilități calitative noi pentru studierea, de exemplu, comportamentul celor mai grele particule fundamentale ale modelului standard - bosonul Higgs (de 125 de ori mai greu decât un proton) și un t-quark (mai greu decât un proton de aproximativ 175 de ori) - în materie fierbinte și densă de quark-gluon, precum și posibila lor utilizare ca „sonde” pentru a determina proprietățile acestei materii.
Video promotional:
În vara lui 2014, în timpul unei discuții la Institutul de Fizică cu Energie Înaltă. A. A. Logunov al Centrului Național de Cercetare „Institutul Kurchatov” a fost propusă pentru a utiliza bosoanele Higgs pentru a studia proprietățile materiei quark-gluon. Această propunere a fost inclusă ca unul dintre elementele din programul de cercetare cu fascicule de nuclee grele la FCC. În opinia mea, această direcție prezintă un interes considerabil pentru fizica interacțiunilor puternice.
Am atins doar unele aspecte ale cercetărilor viitoare. Programul științific FCC este foarte extins și lucrările în cadrul acestui proiect sunt în desfășurare.
