Наскоро Европейската организация за ядрени изследвания (CERN) представи концептуален проект за бъдещия кръгъл колайдер (FCC), който трябва да замени големия адронов колайдер. Концепцията включва създаването на тунел с дължина 100 км в околностите на Женева, в който се предвижда последователно поставяне на ускорителни пръстени за работа с лъчи от различни видове: от електрони до тежки ядра. Защо физиците се нуждаят от нов коллайдър, какви задачи ще реши и каква роля играят учените от Русия в това, заяви пред РИА Новости участник в проекта FCC, професор от Националния изследователски ядрен университет MEPhI (NRNU MEPhI) Виталий Окороков.
- Виталий Алексеевич, защо физиците се нуждаят от „Бъдещият пръстенен колайдер“?- Проектът FCC е една от най-важните точки на новото издание на Европейската стратегия за физика на частиците, което се формира днес. Учени от Русия участват в международни проекти в тази област на фундаменталната наука, както в изследвания на коли, така и в експерименти без ускорители. В съвременната физика светът на елементарните частици се описва от така наречения стандартен модел - квантова теория на полето, който включва електромагнитни, силни и слаби взаимодействия. Съставът на фундаментални частици в този модел е напълно експериментално потвърден с откриването на бозона на Хигс през 2012 г. на Големия адронен колайдер (LHC). Отговорите на много важни въпроси, например за природата на тъмната материя, за появата на асиметрия на материята и антиматерия в наблюдаваната Вселена и т.н., са извън обхвата на Стандартния модел. За да намерят решения на ключови проблеми във фундаменталната физика, учените проектират нови, все по-мощни комплекси ускорители. - Какви задачи ще реши бъдещият рингов колайдер? - Това е измерването на параметрите на Стандартния модел с непостижима точност преди това, подробно проучване на фазовите преходи и свойствата на материята, извършващи се в много ранната Вселена при екстремни условия, търсене на сигнали за нова физика извън стандартния модел, включително частици от тъмна материя. От гледна точка на физиката е много интересно да се изучат свойствата на силното взаимодействие при свръхвисоките енергии и да се разработи теория, описваща го - квантова хромодинамика.- Какви задачи ще реши бъдещият ринглайдър? - Това е измерването на параметрите на Стандартния модел с непостижима точност преди това, подробно проучване на фазовите преходи и свойствата на материята, извършващи се в много ранната Вселена при екстремни условия, търсене на сигнали за нова физика извън стандартния модел, включително частици от тъмна материя. От гледна точка на физиката е много интересно да се изучат свойствата на силното взаимодействие при свръхвисоките енергии и да се разработи теория, описваща го - квантова хромодинамика.- Какви задачи ще реши бъдещият ринглайдър? - Това е измерването на параметрите на Стандартния модел с непостижима точност преди това, подробно проучване на фазовите преходи и свойствата на материята, извършващи се в много ранната Вселена при екстремни условия, търсене на сигнали за нова физика извън стандартния модел, включително частици от тъмна материя. От гледна точка на физиката е много интересно да се изучат свойствата на силното взаимодействие при свръхвисоките енергии и да се разработи теория, описваща го - квантова хромодинамика.много интересно е да се изучат свойствата на силното взаимодействие при свръхвисоки енергии и да се разработи теория, описваща го - квантова хромодинамика.много интересно е да се изучат свойствата на силното взаимодействие при свръхвисоки енергии и да се разработи теория, описваща го - квантова хромодинамика.- Каква е същността на тази теория?- Според него частиците, наречени адрони, например протони и неутрони, имат сложна вътрешна структура, образувана от кварки и глюони - основните частици на Стандартния модел, участващи в силни взаимодействия. Според съществуващите концепции кварките и глюоните са затворени във вътрешността на адрони и дори при екстремни условия могат да бъдат квази-свободни само на линейни скали от порядъка на размера на атомното ядро. Това е ключова характеристика на силното взаимодействие, което е потвърдено от голям брой експериментални и теоретични изследвания. Механизмът на този най-важен феномен - затварянето на кваркове и глуони (затваряне) - все още не е определен. В продължение на няколко десетилетия проблемът с затвора неизменно е включен във всевъзможни списъци на основните нерешени проблеми на фундаменталната физика. В рамките на проекта FCC се планира да се получат нови експериментални данни и значително да се постигне напредък в разбирането на свойствата на силните взаимодействия, по-специално на задържането.- Какви инструменти трябва да решат тези проблеми?- Интегриран подход се използва за осъществяване на обширна изследователска програма, според която проектът FCC включва два етапа. Първият етап "FCC-ee" включва създаването на електронно-позитронна сблъсък с енергия на лъча в диапазона от 44 до 182.5 GeV. На втория етап се провеждат експерименти с FCC-hh върху сблъскващи лъчи на протони и ядра. В този случай се предполага ускоряване на протоните до енергия от 50 тераелектронволта и тежки ядра (олово) - до 19,5 тераелектронволта. Това е повече от седем пъти енергията, постигната в най-мощния оперативен комплекс на LHC. Предвижда се да се използва заедно с цялата съществуваща инфраструктура за получаване на лъчи от ускорени частици преди въвеждането им в основния 100-километров пръстен на новия коллайдер FCC-hh. Изграждането на външен линеен електронен ускорител с енергия 60 GeV ще даде възможност за изпълнение на програма за детайлно проучване на вътрешната структура на протона с използване на дълбоко нееластично електрон-протоново разсейване (FCC - eh).- Разработката и изграждането на инсталации от това ниво отнема десетилетия. Кога ще започне строителството? Кога се очаква да бъдат получени първите научни резултати?- Ако концепцията бъде приета, началото на изпълнението на интегралната програма на FCC се планира около 2020 г. Изграждането на лептона на FCC-ee лептон ще отнеме около 18 години, с последваща продължителност на работата около 15 години. Оказва се, че продължителността на първия етап ще бъде около 35 години. По време на експлоатацията на FCC-ee ще започне подготовката на втория етап от проекта. В съответствие с концепцията, в рамките на десет години след края на операцията FCC-ee, тя ще бъде демонтирана, ще бъде издигнат пръстен на адронния коллайдер и ще бъдат инсталирани детектори. Получаването на нови данни за протонни и ядрени лъчи е планирано за средата на 2060 г. Продължителността на операцията FCC с протонови и ядрени лъчи е планирана за около 25 години, а общата продължителност на втория етап е около 35 години. По този начин се предполага, че експериментите в FCC ще продължат до края на 21 век. Този проект ще бъде наистина глобален.
Каква роля играят учени от Русия, в частност, от NRNU MEPhI в проекта FCC?
- NRNU MEPhI, заедно с други руски организации, активно участва в проекта FCC и извършва научна работа както за физическата програма на бъдещите изследвания, така и за комплекса ускорител.
Учени от NRNU MEPhI направиха принос към концепцията на FCC, по-специално в първия том, съдържащ описание на общата физическа програма за всички планирани видове лъчи, а в третия том, посветен на изследванията с протонни и ядрени лъчи (FCC - hh).
- Кажете ни по-подробно, моля
- Както бе споменато по-горе, при изключително високи температури (стотици хиляди пъти по-високи, отколкото в центъра на Слънцето) и енергийната плътност, кваркове и глуони могат да станат квази-свободни в ядрените скали, образувайки ново състояние на материята, което обикновено се нарича кварк-глюонна плазма.
Сблъсъци на лъчи на протони и различни ядра при свръхвисоки енергии на FCC-hh коллайдера ще позволят да се изследват, по-специално, колективните свойства на кварк-глюонната материя, образувана от взаимодействия както на големи системи (тежки ядра), така и на малки (протон-протон, протонен ядро), осигуряване на уникални условия за изучаване на свойствата на състоянията на много частици.
Планираното за FCC-hh, значително в сравнение с LHC увеличение на енергията и интегралната светимост на лъчите, отваря качествено нови възможности за изучаване, например, поведението на най-тежките основни частици на Стандартния модел - бозона на Хигс (около 125 пъти по-тежък от протона) и t кварк (по-тежък от протон около 175 пъти) - в гореща и плътна кварково-глюонна материя, както и възможното им използване като "сонди" за определяне на свойствата на тази материя.
Промоционално видео:
През лятото на 2014 г. по време на дискусия в Института за висока енергийна физика. А. А. Логунов от Националния изследователски център „Курчатов институт“, беше направено предложение да се използват бозоните на Хигс за изследване на свойствата на кварково-глюонната материя. Това предложение беше включено като един от елементите в програмата за изследване с лъчи на тежки ядра в FCC. Според мен тази посока представлява значителен интерес за физиката на силните взаимодействия.
Засегнахме само някои аспекти на бъдещите изследвания. Научната програма на FCC е много обширна и работата по този проект продължава.
