Nedavno je Europska organizacija za nuklearna istraživanja (CERN) predstavila idejni projekt budućeg kružnog sudara (FCC), koji bi trebao zamijeniti Veliki hadronski sudarač. Koncept predviđa stvaranje tunela dugog 100 km u okolini Ženeve, u kojem se planira uzastopno postavljati akceleracijske prstenove za rad s snopovima različitih vrsta: od elektrona do teških jezgara. Zašto fizičarima treba novi sudarač, koje će se zadaće riješiti i koja će uloga znanstvenika iz Rusije igrati u tome, rekao je dopisniku RIA Novosti Vitaly Okorokov, sudionik FCC projekta, profesor na Nacionalnom istraživačkom nuklearnom sveučilištu MEPhI.
- Vitaly Alekseevich, zašto fizičari trebaju Budući prstenasti sudarač?- FCC projekt jedna je od najvažnijih točaka novog izdanja Europske strategije za fiziku čestica, koja se formira danas. Znanstvenici iz Rusije sudjeluju u međunarodnim projektima u ovom području fundamentalnih znanosti, kako u istraživanjima na sudaračima, tako i u eksperimentima bez akceleratora. U modernoj fizici svijet elementarnih čestica opisuje takozvani Standardni model - kvantna teorija polja, koji uključuje elektromagnetske, jake i slabe interakcije. Sastav osnovnih čestica ovog modela u potpunosti je eksperimentalno potvrđen otkrićem Higgsovog bozona 2012. godine na Velikom hadronskom sudaraču (LHC). Međutim, odgovori na mnoga važna pitanja, na primjer, o prirodi tamne materije, o nastanku asimetrije materije i antimaterije u promatranom Svemiru, i tako dalje, izvan su opsega Standardnog modela. Da bi pronašli rješenja za ključne probleme u osnovnoj fizici, znanstvenici dizajniraju nove, sve snažnije komplekse ubrzivača. - Koje će zadaće riješiti Budući prstenasti sudarač? - Ovo je mjerenje parametara Standardnog modela s nedostižnom točnošću prije, detaljno proučavanje faznih prijelaza i svojstava materije koja se odvijaju u vrlo ranom Svemiru u ekstremnim uvjetima, potraga za signalima nove fizike izvan standardnog modela, uključujući čestice tamne materije. S gledišta fizike, vrlo je zanimljivo proučavati svojstva jake interakcije na ultrajakim energijama i razviti teoriju koja će je opisati - kvantnu kromodinamiku.- Koje će zadaće riješiti Budući prstenasti sudarač? - Ovo je mjerenje parametara Standardnog modela s nedostižnom točnošću prije, detaljno proučavanje faznih prijelaza i svojstava materije koja se odvijaju u vrlo ranom Svemiru u ekstremnim uvjetima, potraga za signalima nove fizike izvan standardnog modela, uključujući čestice tamne materije. S gledišta fizike, vrlo je zanimljivo proučavati svojstva jake interakcije na ultrajakim energijama i razviti teoriju koja će je opisati - kvantnu kromodinamiku.- Koje će zadaće riješiti Budući prstenasti sudarač? - Ovo je mjerenje parametara Standardnog modela s nedostižnom točnošću prije, detaljno proučavanje faznih prijelaza i svojstava materije koja se odvijaju u vrlo ranom Svemiru u ekstremnim uvjetima, potraga za signalima nove fizike izvan standardnog modela, uključujući čestice tamne materije. S gledišta fizike, vrlo je zanimljivo proučavati svojstva jake interakcije na ultrajakim energijama i razviti teoriju koja će je opisati - kvantnu kromodinamiku.vrlo je zanimljivo proučavati svojstva jake interakcije na ultrajakim energijama i razviti teoriju koja to opisuje - kvantnu kromodinamiku.vrlo je zanimljivo proučavati svojstva jake interakcije na ultrajakim energijama i razviti teoriju koja to opisuje - kvantnu kromodinamiku.- Što je bit ove teorije?- Prema njemu, čestice nazvane hadroni, na primjer, protoni i neutroni, imaju složenu unutarnju strukturu formiranu kvarkovima i gluonima - temeljnim česticama Standardnog modela uključenih u snažne interakcije. Prema postojećim konceptima, kvarkovi i gluoni su zatvoreni unutar hadrona i, čak i pod ekstremnim uvjetima, mogu biti kvazi slobodni samo na linearnim vagama veličine veličine atomskog jezgra. To je ključno obilježje snažne interakcije, što je potvrđeno velikim brojem eksperimentalnih i teorijskih studija. Međutim, mehanizam ove najvažnije pojave - zatočenja kvarkova i gluona (zatvaranje) - još nije utvrđen. Već nekoliko desetljeća problem zatočenosti neprestano je bio uključen u sve vrste popisa glavnih neriješenih problema fundamentalne fizike. U okviru FCC projekta planira se pribaviti nove eksperimentalne podatke i značajno napredovati u razumijevanju svojstava jakih interakcija, posebno zatočenosti.- Koji alati trebaju riješiti ove probleme?- Za provedbu opsežnog istraživačkog programa koristi se integrirani pristup prema kojem FCC projekt uključuje dvije faze. Prva faza "FCC-ee" uključuje stvaranje elektronsko-pozitronskog sudarača s energijom snopa u rasponu od 44 do 182,5 gigaelektronvolta. U drugoj fazi provest će se "FCC-hh" eksperimenti na sudarajućim snopovima protona i jezgara. U ovom slučaju, trebalo bi ubrzati protone do energije od 50 teraelektronvolta i teških jezgara (olova) - do 19,5 teraelektronvolta. To je više od sedam puta više energije koja se postiže u najsnažnijem operativnom kompleksu LHC-a. Planirano je da se njime, uz cjelokupnu postojeću infrastrukturu, dobiju snopi ubrzanih čestica prije uvođenja u glavni 100-kilometarski prsten novog sudarača FCC-hh. Izgradnja vanjskog linearnog akceleratora elektrona s energijom od 60 gigaelektronvolta omogućit će provedbu programa za detaljno proučavanje unutarnje strukture protona pomoću dubokog neelastičnog raspršivanja elektrona-protona (FCC - eh).- Razvoj i izgradnja instalacija ovog nivoa traje desetljećima. Kada će započeti gradnja? Kada se očekuju prvi znanstveni rezultati?- Ukoliko se koncept usvoji, početak provedbe integralnog programa FCC-a planira se oko 2020. godine. Izgradnja leptonskog sudara FCC-ee trajat će oko 18 godina, s daljnjim trajanjem rada oko 15 godina. Ispada da će trajanje prve faze biti oko 35 godina. Tijekom rada FCC-ee, započet će s pripremom druge faze projekta. U skladu s konceptom, u roku od deset godina nakon završetka operacije FCC-ee, ona će se demontirati, podići će se hadronski sudarački prsten i postaviti detektori. Dobivanje novih podataka za protonske i nuklearne zrake planirano je za sredinu 2060. godine. Trajanje operacije FCC s protonskim i nuklearnim snopovima planirano je oko 25 godina, a ukupno trajanje druge faze je oko 35 godina. Stoga se pretpostavlja da će se eksperimenti na FCC-u nastaviti sve do kraja 21. stoljeća. Ovaj će projekt biti uistinu globalan.
Kakvu ulogu imaju znanstvenici iz Rusije, posebno NRNU MEPhI u FCC projektu?
- NRNU MEPhI, zajedno s drugim ruskim organizacijama, aktivno sudjeluje u FCC projektu i provodi znanstvene radove kako za fizički program budućeg istraživanja, tako i za akceleratorski kompleks.
Znanstvenici NRNU MEPhI dali su doprinos konceptu FCC, posebno u prvom svesku, koji sadrži opis općeg fizičkog programa za sve planirane vrste greda, a u trećem svesku, posvećen istraživanju protonskih i nuklearnih zraka (FCC - hh).
- Recite nam detaljnije, molim
- Kao što je gore spomenuto, pri ekstremno visokim temperaturama (stotinama tisuća puta većim nego u središtu Sunca) i energetskim gustoćama, kvarkovima i gluonima može se na nuklearnim mjerilima stvoriti kvazi slobodan oblik, formirajući novo stanje materije, što se obično naziva kvark-gluonska plazma.
Kolizije snopa protona i različitih jezgara pri pretjerano visokim energijama FCC-hh sudara omogućit će, posebno, istraživanje kolektivnih svojstava kvark-gluonske materije nastalih interakcijama kako velikih sustava (teških jezgara), tako i malih (protona-protona, protona-nukleusa), pružaju jedinstvene uvjete za proučavanje svojstava stanja čestica.
Planirano za FCC-hh, značajno, u usporedbi s LHC-om, povećanje energije i integralne svjetline snopa otvara kvalitativno nove mogućnosti za proučavanje, na primjer, ponašanja najtežih osnovnih čestica Standardnog modela - Higgsovog bozona (oko 125 puta teži od protona) i t-kvarka (teža od protona oko 175 puta) - u vrućim i gustim kvark-gluonskim tvarima, kao i njihova moguća upotreba kao "sonde" za određivanje svojstava ove materije.
Promotivni video:
U ljeto 2014. godine tijekom rasprave u Institutu za fiziku visokih energija. A. A. Logunov iz Nacionalnog istraživačkog centra "Kurchatov institut" predložen je prijedlog da se Higgsovi bozoni koriste za proučavanje svojstava kvark-gluonske materije. Ovaj je prijedlog uvršten kao jedna od stavki u programu istraživanja snopovima teških jezgara na FCC-u. Po mom mišljenju, ovaj smjer je od velike važnosti za fiziku jakih interakcija.
Dotakli smo se samo nekih aspekata budućeg istraživanja. FCC-ov znanstveni program vrlo je opsežan i rad u okviru ovog projekta je u toku.