Hiljuti esitas Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon (CERN) tuleviku ringkollektori (FCC) kontseptuaalse kavandi, mis peaks asendama suure hadronikolonderi. Kontseptsiooniga nähakse ette Genfi lähedusse 100 km pikkuse tunneli rajamine, millesse on kavas paigutada kiirendirõngad järjestikku erinevat tüüpi kiirtega töötamiseks: elektronidest raskete tuumadeni. Miks vajavad füüsikud uut põrkeseadet, milliseid ülesandeid see lahendab ja millist rolli mängivad selles Venemaalt pärit teadlased, rääkis FCC projektist osavõtja, riikliku teadusuuringute tuumaülikooli MEPhI (NRNU MEPhI) professor Vitali Okorokov RIA Novostile.
- Vitali Aleksejevitš, miks vajavad füüsikud Tuleviku rõnga kokkupõrkajat?- FCC projekt on täna moodustatava osakestefüüsika Euroopa strateegia uue väljaande üks olulisemaid punkte. Venemaa teadlased osalevad selle fundamentaalteaduse valdkonna rahvusvahelistes projektides nii kokkupõrkega seotud teadusuuringutes kui ka kiirendita katsetes. Kaasaegses füüsikas kirjeldab elementaarosakeste maailma nn standardmudel - kvantvälja teooria, mis hõlmab elektromagnetilist, tugevat ja nõrka vastasmõju. Selle mudeli põhiosakeste koostis kinnitati eksperimentaalselt Higgsi bosoni avastamisega 2012. aastal suure hadronite põrkepiirkonnas (LHC). Kuid vastused paljudele olulistele küsimustele, näiteks tumeaine olemuse, aine asümmeetria ja antimaterjali ilmnemise kohta vaadeldavas universumis jne, jäävad standardmudeli ulatusest välja. Põhifüüsika põhiprobleemidele lahenduste leidmiseks kavandavad teadlased uusi, üha võimsamaid kiirendikomplekse. - Milliseid ülesandeid Future Ring Collider lahendab? - see on standardmudeli parameetrite mõõtmine varem saavutamatu täpsusega, väga varajases universumis äärmuslikes tingimustes toimuvate faasisiirete ja mateeria omaduste üksikasjalik uurimine, standardmudelist väljaspool asuvate uute füüsikate signaalide otsimine, sealhulgas tumeaine osakesed. Füüsika seisukohast on väga huvitav uurida ülikõrgete energiate tugeva vastasmõju omadusi ja töötada välja seda kirjeldav teooria - kvantkromodünaamika.- Milliseid ülesandeid Future Ring Collider lahendab? - see on enne standardmudeli parameetrite mõõtmist saavutamatu täpsusega, väga varajases universumis ekstreemsetes tingimustes toimuvate faasisiirete ja mateeria omaduste üksikasjalik uurimine, standardmudelist väljaspool asuvate uute füüsika signaalide otsimine, sealhulgas tumeaine osakesed. Füüsika seisukohast on väga huvitav uurida tugeva interaktsiooni omadusi ülikõrgetel energiatel ja töötada välja seda kirjeldav teooria - kvantkromodünaamika.- Milliseid ülesandeid Future Ring Collider lahendab? - see on enne standardmudeli parameetrite mõõtmist saavutamatu täpsusega, väga varajases universumis ekstreemsetes tingimustes toimuvate faasisiirete ja mateeria omaduste üksikasjalik uurimine, standardmudelist väljaspool asuvate uute füüsika signaalide otsimine, sealhulgas tumeaine osakesed. Füüsika seisukohast on väga huvitav uurida tugeva interaktsiooni omadusi ülikõrgetel energiatel ja töötada välja seda kirjeldav teooria - kvantkromodünaamika.on väga huvitav uurida ülikõrgetel energiatel tugeva vastasmõju omadusi ja töötada välja seda kirjeldav teooria - kvantkromodünaamika.on väga huvitav uurida ülikõrgetel energiatel tugeva vastasmõju omadusi ja töötada välja seda kirjeldav teooria - kvantkromodünaamika.- Mis on selle teooria olemus?- Selle kohaselt on osakesteks, mida nimetatakse hadroniteks, näiteks prootoniteks ja neutroniteks, keerukas sisestruktuur, mille moodustavad kvargid ja gluoonid - standardmudeli põhiosakesed, mis osalevad tugevas vastasmõjus. Olemasolevate kontseptsioonide kohaselt on kvargid ja gluoonid piiratud hadronite sees ja isegi äärmuslikes tingimustes võivad nad olla kvaasivabad ainult lineaarskaaladel, mis on suurusjärgus aatomituuma suurusega. See on tugeva koostoime võtmeomadus, mida kinnitavad paljud eksperimentaalsed ja teoreetilised uuringud. Selle kõige olulisema nähtuse - kvarkide ja gluoonide piiritlemise (suletus) mehhanism pole aga veel kindlaks määratud. Mitme aastakümne jooksul on sünnitusprobleem alati lisatud kõikvõimalikesse loenditesse põhifüüsika peamistest lahendamata probleemidest. FCC projekti raames on kavas hankida uusi eksperimentaalseid andmeid ja tugevdada tugevate vastasmõjude omadusi, eriti kinnistumist.- Millised vahendid peaksid nende probleemide lahendamiseks ette nähtud olema?- Ulatusliku uurimisprogrammi läbiviimiseks kasutatakse integreeritud lähenemisviisi, mille kohaselt FCC projekt hõlmab kahte etappi. Esimene etapp "FCC-ee" hõlmab elektron-positron-põrkeseadme loomist, mille kiirte energia on vahemikus 44 kuni 182,5 gigaelektronvolti. Teises etapis tehakse "FCC-hh" katsed prootonite ja tuumade põrkuvate kiirtega. Sel juhul peaks see kiirendama prootoneid energiani 50 teraelektronvolti ja rasketes tuumades (plii) - kuni 19,5 teraelektronvolti. See on LHC võimsaimas operatsioonikompleksis saavutatud energiast rohkem kui seitse korda. Plaanitakse seda koos kogu olemasoleva taristuga kasutada kiirendatud osakeste kiirte saamiseks enne nende viimist uue FCC-hh põrkeseadme 100-kilomeetrisesse ringi. Välise lineaarse elektronkiirendi ehitamine, mille energia on 60 gigaelektronvolti, võimaldab rakendada programmi prootoni sisemise struktuuri üksikasjalikuks uurimiseks, kasutades sügavalt mitteelastset elektron-prootoni hajumist (FCC - eh).- Sellel tasemel käitiste arendamine ja ehitamine võtab aastakümneid. Millal ehitust alustatakse? Millal loodetakse saada esimesed teaduslikud tulemused?- Kui kontseptsioon võetakse vastu, kavandatakse FCC integreeritud programmi rakendamise algust 2020. aasta paiku. FCC-ee leptoni põrkeseadme ehitamine võtab umbes 18 aastat, sellele järgnev töö kestab umbes 15 aastat. Selgub, et esimese etapi kestus on umbes 35 aastat. FCC-ee töötamise ajal alustatakse projekti teise etapi ettevalmistamist. Kontseptsiooni kohaselt demonteeritakse see kümne aasta jooksul pärast FCC-ee töö lõppu, püstitatakse hadroni kokkupõrke rõngas ja paigaldatakse detektorid. Uute andmete hankimine prootoni ja tuumakiirte kohta on kavandatud 2060. aasta keskpaigaks. FCC prooton- ja tuumakiirtega operatsiooni kestus on planeeritud umbes 25 aastat ja teise etapi kogukestus on umbes 35 aastat. Seega eeldatakse, et katsed FCC-s jätkuvad 21. sajandi lõpuni. See projekt on tõeliselt globaalne.
Millist rolli mängivad FCC projektis eriti Venemaa teadlased NRNU MEPhI-st?
- NRNU MEPhI osaleb koos teiste Venemaa organisatsioonidega aktiivselt FCC projektis ja viib läbi teadustöid nii tulevaste uuringute füüsilise programmi kui ka kiirendi kompleksi jaoks.
NRNU MEPhI teadlased andsid oma panuse FCC kontseptsiooni, eriti esimeses köites, mis sisaldas kõigi kavandatavate kiirtüüpide üldfüüsilise programmi kirjeldust, ja kolmandas köites pühendati prootonite ja tuumakiirtega uurimistöödele (FCC - hh).
- Palun rääkige meile üksikasjalikumalt
- Nagu ülalpool mainitud, võivad äärmiselt kõrgetel temperatuuridel (sadu tuhandeid kordi kõrgemad kui Päikese keskpunktis) ja energiatihedusel muutuda kvargid ja gluoonid tuumaskaaladel kvaasivabaks, moodustades uue mateeria oleku, mida tavaliselt nimetatakse kvark-gluoni plasmaks.
Protoonide ja erinevate tuumade kiirte kokkupõrked FCC-hh-põrkeseadme ülikõrgetel energiatel võimaldavad uurida eelkõige kvark-glüoni aine kollektiivseid omadusi, mis on moodustatud nii suurte süsteemide (rasked tuumad) kui ka väikeste (prooton-prooton, prooton-tuum) interaktsioonidest. pakkudes ainulaadseid tingimusi paljude osakeste olekute omaduste uurimiseks.
FCC-hh kavandatud, võrreldes LHC-ga oluline talade energia ja integraalse heleduse suurenemine avab kvalitatiivselt uusi võimalusi näiteks standardmudeli raskeimate põhiosakeste - Higgsi bosoni (umbes 125 korda raskem kui prooton) ja t-kvargi - uurimiseks. (prootonist raskem umbes 175 korda) - kuumas ja tihedas kvark-glüooni aines, samuti nende võimalik kasutamine "proovidena" selle aine omaduste määramiseks.
Reklaamvideo:
2014. aasta suvel arutelus Kõrge Energia Füüsika Instituudis. A. A. Logunov Riiklikust Uurimiskeskusest "Kurchatovi Instituut" esitas ettepaneku kasutada Higgsi bosoneid kvark-gluoni aine omaduste uurimiseks. See ettepanek lisati ühe punktina FCC raskete tuumade kiirtega uurimisprogrammi. Minu arvates pakub see suund tugevate vastasmõjude füüsikale märkimisväärset huvi.
Oleme puudutanud vaid mõnda tulevase uurimistöö aspekti. FCC teadusprogramm on väga ulatuslik ja töö selle projekti raames jätkub.
