Будущий круговой коллайдер
Круговой коллайдер будущего ( FCC ) — это предлагаемый ускоритель частиц с энергией, значительно превышающей энергию предыдущих круговых коллайдеров , таких как Суперпротонный синхротрон , Тэватрон и Большой адронный коллайдер (БАК). [1] [2] Проект FCC рассматривает три сценария типов столкновений: FCC-hh для адронных столкновений, включая протонов с протонами столкновения и тяжелых ионов, FCC-ee для электрон - позитронных столкновений и FCC-eh для электрон-адронных столкновений. . [3]
В FCC-hh общая энергия каждого луча составит 560 МДж. При энергии столкновения центра масс 100 ТэВ (против 14 ТэВ на БАКе) значение полной энергии возрастает до 16,7 ГДж. Эти значения полной энергии превышают нынешний БАК почти в 30 раз. [4]
ЦЕРН провел исследование FCC, изучающее осуществимость различных сценариев коллайдера частиц с целью значительного увеличения энергии и светимости по сравнению с существующими коллайдерами. Он призван дополнить существующие технические конструкции предлагаемых линейных электрон-позитронных коллайдеров, таких как Международный линейный коллайдер и Компактный линейный коллайдер .
В исследовании изучается потенциал адронных и лептонных круговых коллайдеров, проводится анализ инфраструктуры и концепций эксплуатации, а также рассматриваются программы технологических исследований и разработок, которые необходимы для создания и эксплуатации будущего кругового коллайдера. Отчет о концептуальном проекте был опубликован в начале 2019 года. [5] как раз к запланированному обновлению Европейской стратегии по физике элементарных частиц .
Фон
[ редактировать ]Исследование ЦЕРН было инициировано как прямой ответ на высокоприоритетную рекомендацию обновленной Европейской стратегии по физике элементарных частиц , опубликованной в 2013 году, в которой содержалось требование, чтобы «ЦЕРН должен провести проектные исследования для проектов ускорителей в глобальном контексте, с упором на протон-протонные проекты». и электрон-позитронные высокоэнергетические передовые машины. Эти проектные исследования должны быть объединены с энергичной программой исследований и разработок ускорителей, включая магниты с сильным полем и высокоградиентные ускоряющие структуры, в сотрудничестве с национальными институтами, лабораториями и университетами по всему миру». Цель заключалась в том, чтобы проинформировать следующее обновление Европейской стратегии по физике элементарных частиц (2019–2020 гг.) и более широкое физическое сообщество о возможности создания круговых коллайдеров, дополняющих предыдущие исследования линейных коллайдеров, а также о других предложениях по экспериментам по физике элементарных частиц.
Запуск исследования FCC также соответствовал рекомендациям Группы по определению приоритетов проекта физики элементарных частиц США (P5) и Международного комитета по будущим ускорителям (ICFA).
Открытие бозона Хиггса на БАК, а также отсутствие до сих пор каких-либо явлений за пределами Стандартной модели в столкновениях в центре масс с энергиями до 8 ТэВ, вызвали интерес к будущим круговым коллайдерам, которые раздвинут границы энергии и точности. дополняющие исследования будущих линейных машин. Открытие «легкого» бозона Хиггса с массой 125 ГэВ перевернуло дискуссию о круговом лептонном коллайдере. [6] это позволило бы детально изучить и точно измерить эту новую частицу. С исследованием нового тоннеля окружностью 80–100 км (см. также VLHC ), [7] [8] который подходил бы для региона Женевы, стало понятно, что будущий круговой лептонный коллайдер сможет обеспечить энергию столкновения до 400 ГэВ (что позволит производить топ-кварки) с беспрецедентной светимостью. Конструкция FCC-ee (ранее известного как TLEP (тройной большой электрон-позитронный коллайдер) [9] )) совмещал опыт, полученный на ЛЭП2 и новейших Б-фабриках .
Двумя основными ограничениями производительности кругового ускорителя являются потери энергии из-за синхротронного излучения и максимальное значение магнитных полей, которое можно получить при изгибании магнитов, чтобы удерживать энергетические лучи на круговой траектории. Синхротронное излучение имеет особое значение при проектировании и оптимизации кругового лептонного коллайдера и ограничивает максимальную энергию, которая может быть достигнута, поскольку явление зависит от массы ускоряемой частицы. Для решения этих проблем необходимы сложная конструкция машины, а также развитие таких технологий, как ускоряющие (РЧ) резонаторы и магниты сильного поля.
Будущие лептонные коллайдеры «границы интенсивности и светимости», подобные тем, которые рассматриваются в исследовании FCC, позволят с очень высокой точностью изучать свойства бозона Хиггса , W- и Z-бозонов и топ-кварка , фиксируя их взаимодействия с точностью до как минимум на порядок лучше, чем сегодня. FCC-ee может собрать 10 12 Z-бозоны, 10 8 W пар, 10 6 Бозоны Хиггса и 4 · 10 5 пар топ-кварков в год. В качестве второго шага коллайдер «энергетической границы» с энергией 100 ТэВ (FCC-hh) может стать «машиной открытия», обеспечивающей восьмикратное увеличение энергии по сравнению с нынешним энергетическим потенциалом БАК .
Интегрированный проект FCC, объединяющий FCC-ee и FCC-hh, будет опираться на общую и экономически эффективную техническую и организационную инфраструктуру, как это было в случае с LEP, за которым последовал LHC. Этот подход на несколько порядков повышает чувствительность к неуловимым явлениям при малых массах и на порядок расширяет возможности открытия новых частиц при самых высоких массах. Это позволит однозначно составить карту свойств бозона Хиггса и электрослабого сектора и расширить исследования различных частиц-кандидатов в темную материю, дополняя другие подходы пучками нейтрино, неколлайдерными экспериментами и астрофизическими экспериментами.
Мотивация
[ редактировать ]БАК продвинул науку о материи и Стандартную модель (СМ). Открытие бозона Хиггса завершило связанный с частицами компонент Стандартной модели физики элементарных частиц — теории, которая описывает законы, управляющие большей частью известной Вселенной. Однако Стандартная модель не может объяснить некоторые наблюдения, такие как:
- доказательства существования темной материи ,
- преобладание материи над антиматерией ,
- массы нейтрино .
БАК открыл новый этап детальных исследований свойств бозона Хиггса и того, как он взаимодействует с другими частицами СМ. Будущие коллайдеры с более высокой энергией и частотой столкновений внесут большой вклад в выполнение этих измерений, углубление нашего понимания процессов Стандартной модели, проверку ее пределов и поиск возможных отклонений или новых явлений, которые могут дать подсказки для новой физики.
Исследование Future Circular Collider (FCC) разрабатывает варианты потенциальных высокоэнергетических пограничных круговых коллайдеров в CERN для эпохи после LHC. Помимо прочего, он планирует искать частицы темной материи, на долю которых приходится примерно 25% энергии в наблюдаемой Вселенной. [10] Хотя ни один эксперимент на коллайдерах не может исследовать весь диапазон масс темной материи (ТМ), допускаемый астрофизическими наблюдениями, существует очень широкий класс моделей для слабовзаимодействующих массивных частиц (ВИМП) в масштабе масс ГэВ – десятки ТэВ, которые может находиться в диапазоне FCC.
FCC также могла бы возглавить прогресс в прецизионных измерениях прецизионных электрослабых наблюдаемых (EWPO). Измерения сыграли ключевую роль в консолидации Стандартной модели и могут служить ориентиром для будущих теоретических разработок. Более того, результаты этих измерений могут стать основой для данных астрофизических/космологических наблюдений. Повышенная точность, обеспечиваемая интегрированной программой FCC, увеличивает потенциал открытия новой физики.
Более того, FCC-hh позволит продолжить программу исследований столкновений ультрарелятивистских тяжелых ионов на RHIC и LHC. Более высокие энергии и светимости, предлагаемые FCC-hh при работе с тяжелыми ионами, откроют новые возможности в изучении коллективных свойств кварков и глюонов. [11]
Исследование FCC также предусматривает точку взаимодействия электронов с протонами (FCC-eh). [12] Эти измерения глубоконеупругого рассеяния позволят определить партонную структуру с очень высокой точностью, обеспечивая измерение константы сильной связи с точностью до миллиметра. Эти результаты важны для программы прецизионных измерений и будут способствовать дальнейшему повышению чувствительности поиска новых явлений, особенно при более высоких массах.
Объем
[ редактировать ]В исследовании FCC изначально упор делался на протон-протонный (адронный или тяжелый ионный) коллайдер высоких энергий, в котором в качестве первого шага также мог бы разместиться электрон-позитронный (ee) пограничный коллайдер высокой интенсивности. Однако после оценки готовности различных технологий и физической мотивации сотрудничество FCC разработало так называемую интегрированную программу FCC, предусмотренную в качестве первого шага FCC-ee со временем работы около 10 лет в различных диапазонах энергий от 90 ГэВ до 350 ГэВ, затем следует FCC-hh со временем работы около 15 лет.
Сотрудничество FCC определило технологические достижения, необходимые для достижения запланированной энергии и интенсивности, и выполняет оценку технологической осуществимости критических элементов будущих круговых коллайдеров (т.е. магнитов сильного поля, сверхпроводников, криогенных и вакуумных систем с радиочастотными резонаторами, энергетических систем, лучевых экранная система, ао). Проекту необходимо продвигать эти технологии, чтобы они соответствовали требованиям машины, созданной после БАКа, а также обеспечить широкомасштабное применение этих технологий, что могло бы привести к их дальнейшей индустриализации. В исследовании также представлен анализ инфраструктуры и эксплуатационных затрат, которые могут обеспечить эффективную и надежную работу будущей крупномасштабной исследовательской инфраструктуры. Стратегические НИОКР указаны в CDR [13] в ближайшие годы сосредоточится на минимизации затрат на строительство и энергопотреблении, одновременно максимизируя социально-экономический эффект с акцентом на выгоды для промышленности и обучения.
Ученые и инженеры также работают над концепциями детекторов, необходимыми для решения физических вопросов в каждом из сценариев (хмм, эээ, он). Рабочая программа включает в себя эксперименты и концептуальные исследования детекторов, позволяющие исследовать новую физику. Детекторные технологии будут основаны на концепциях экспериментов, прогнозируемых характеристиках коллайдера и физических примерах. Необходимо разрабатывать новые технологии в различных областях, таких как криогеника, сверхпроводимость, материаловедение и информатика, включая новые концепции обработки и управления данными.
Коллайдеры
[ редактировать ]Исследование FCC разработало и оценило три концепции ускорителей для своего отчета о концептуальном проекте.
FCC-ee (электрон/позитрон)
[ редактировать ]Лептонный коллайдер с энергией столкновения центра масс от 90 до 350 ГэВ считается потенциальным промежуточным шагом на пути к реализации адронной установки. Чистые экспериментальные условия дали e + и − Хранение является отличным рекордом как для измерения известных частиц с высочайшей точностью, так и для исследования неизвестного.
В частности, высокая светимость и улучшенная обработка лептонных пучков создадут возможность измерения свойств Z, W, бозона Хиггса и верхних частиц, а также сильного взаимодействия с повышенной точностью. [14] [15]
Он может искать новые частицы, связанные с бозонами Хиггса и электрослабыми бозонами до масштабов Λ = 7 и 100 ТэВ. Более того, измерения невидимых или экзотических распадов бозонов Хиггса и Z откроют потенциал для открытия темной материи или тяжелых нейтрино с массами ниже 70 ГэВ. По сути, FCC-ee может позволить провести глубокие исследования нарушения электрослабой симметрии и открыть широкий косвенный поиск новой физики на несколько порядков энергии или связей.
Реализация лептонного коллайдера с границей интенсивности, FCC-ee, в качестве первого шага требует подготовительного этапа продолжительностью около 8 лет, за которым следует этап строительства (вся гражданская и техническая инфраструктура, машины и детекторы, включая ввод в эксплуатацию), продолжающийся 10 лет. Предполагается, что последующая эксплуатация установки FCC-ee продлится 15 лет для завершения предусмотренной в настоящее время физической программы. Это составляет в общей сложности почти35 лет на строительство и эксплуатацию FCC-ee
FCC-hh (протон/протон и ион/ион)
[ редактировать ]Будущий адронный коллайдер с энергетической границей сможет обнаружить носители сил новых взаимодействий с массой до 30 ТэВ, если они существуют. Более высокая энергия столкновения расширяет диапазон поиска частиц темной материи далеко за пределы ТэВной области, в то время как суперсимметричные партнеры кварков и глюонов могут быть найдены при массах до 15–20 ТэВ, а поиск возможной субструктуры внутри кварков может быть расширен вниз. до шкалы расстояний 10 −21 м. Благодаря более высокой энергии и частоте столкновений будут созданы миллиарды бозонов Хиггса и триллионы топ-кварков, что создаст новые возможности для изучения редких распадов и физики ароматов.
Адронный коллайдер также расширит изучение бозона Хиггса и взаимодействий калибровочных бозонов до энергий, значительно превышающих ТэВную шкалу, предоставив возможность подробно проанализировать механизм, лежащий в основе нарушения электрослабой симметрии.
В столкновениях тяжелых ионов коллайдер FCC-hh позволяет исследовать коллективную структуру материи при более экстремальных условиях плотности и температуры, чем раньше. [16] [17]
Наконец, FCC-eh добавляет универсальности исследовательской программе, предлагаемой этим новым центром. Благодаря огромной энергии, обеспечиваемой пучком протонов с энергией 50 ТэВ, и потенциальной доступности электронного пучка с энергией порядка 60 ГэВ, открываются новые горизонты для физики глубоконеупругого рассеяния . Коллайдер FCC-he будет одновременно высокоточной фабрикой Хиггса. [18] и мощный микроскоп, который мог бы открывать новые частицы, изучать кварк-глюонные взаимодействия и исследовать возможную дальнейшую структуру материи в мире.
В интегрированном сценарии FCC подготовительный этап адронного коллайдера FCC-hh начнется в первой половине этапа эксплуатации FCC-ee. После прекращения эксплуатации FCC-ee будут проведены демонтаж оборудования, ограниченные строительные работы и адаптация общей технической инфраструктуры, а затем установка и ввод в эксплуатацию оборудования и детектора FCC-hh, что в общей сложности займет около 10 лет. Последующая эксплуатация объекта FCC-hh прогнозируется в течение 25 лет, в результате чего в общей сложности на строительство и эксплуатацию FCC-hh уйдет 35 лет.
Поэтапная реализация обеспечивает временной интервал в 20–30 лет для НИОКР по ключевым технологиям FCC-hh. Это может позволить рассмотреть альтернативные технологии, например, высокотемпературные сверхпроводящие магниты идолжно привести к улучшению параметров и снижению рисков реализации по сравнению со строительством сразу после HL-LHC.
Высокоэнергетический БАК
[ редактировать ]Высокоэнергетический адронный коллайдер, размещенный в том же туннеле, но с использованием новых дипольных магнитов FCC-hh класса 16T, может расширить нынешнюю энергетическую границу почти в 2 раза (энергия столкновения 27 ТэВ) и обеспечить интегральную светимость как минимум в 3 раза. больше, чем HL-LHC. Эта машина могла бы впервые измерить самосвязь Хиггса и напрямую производить частицы со значительной скоростью в масштабах до 12 ТэВ, что почти вдвое увеличит возможности открытия HL-LHC в новой физике. Проект повторно использует существующую подземную инфраструктуру БАК и большие части инжекторной цепи ЦЕРН.
Предполагается, что HE-LHC будет содержать две точки взаимодействия (IP) высокой светимости (IP) 1 и 5 в местах проведения нынешних экспериментов ATLAS и CMS , в то время как он может проводить два вторичных эксперимента в сочетании с инжекцией, как и для нынешнего LHC.
HE-LHC мог бы стать прямым преемником HL-LHC и обеспечить исследовательскую программу, рассчитанную примерно на 20 лет после середины 21 века.
Технологии
[ редактировать ]Поскольку разработка ускорителя частиц следующего поколения требует новой технологии, в исследовании FCC было изучено оборудование и машины, необходимые для реализации проекта, с учетом опыта прошлых и нынешних проектов ускорителей. [19]
Основы для этих достижений закладываются в целенаправленных программах исследований и разработок:
- ускорительный магнит с сильным полем на 16 тесла и связанные с ним исследования сверхпроводников,
- система радиочастотного ускорения мощностью 100 МВт, которая может эффективно передавать энергию от электросети к лучам,
- высокоэффективная крупномасштабная криогенная инфраструктура для охлаждения сверхпроводящих компонентов ускорителя и сопутствующих систем охлаждения.
Для надежной, устойчивой и эффективной работы необходимы многочисленные другие технологии из различных областей (физика ускорителей, сильнополевые магниты, криогеника, вакуум, гражданское строительство, материаловедение, сверхпроводники и т. д.).
Магнитные технологии
[ редактировать ]Сверхпроводящие магниты с высоким полем являются ключевой технологией для пограничного адронного коллайдера. Чтобы направить луч с энергией 50 ТэВ по туннелю длиной 100 км, потребуются диполи мощностью 16 тесла, что вдвое превышает силу магнитного поля БАК.
Основные задачи НИОКР по 16 Т Дипольные магниты Nb 3 Sn для больших ускорителей частиц должны доказать, что эти типы магнитов пригодны для ускорительного качества, и обеспечить адекватную производительность при доступной цене. Поэтому цель состоит в том, чтобы вывести характеристики проводника за существующие пределы, уменьшить требуемый «запас по линии нагрузки» с последующим сокращением использования проводника и размера магнита, а также разработать оптимизированную конструкцию магнита, максимизирующую производительность с точки зрения стоимости. [20] [21]
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы направлены на расширение диапазона эксплуатации ускорительных магнитов на основе низкотемпературных сверхпроводников (НТС) до 16 Тл и исследование технологических проблем, связанных с использованием высокотемпературных сверхпроводников (ВТС) для ускорительных магнитов на 20 Тл. диапазон.
Сверхпроводящие радиочастотные резонаторы
[ редактировать ]Пучки, движущиеся в круговом ускорителе, теряют часть своей энергии из-за синхротронного излучения : до 5% за каждый оборот для электронов и позитронов, гораздо меньше для протонов и тяжелых ионов. Для поддержания их энергии система радиочастотных резонаторов постоянно подает на каждый луч до 50 МВт. Исследование FCC запустило специализированные линии исследований и разработок по новой технологии сверхпроводящих тонкопленочных покрытий, которая позволит эксплуатировать радиочастотные резонаторы при более высоких температурах (CERN, Courier, апрель 2018 г.), [22] [23] тем самым снижая электрические требования для криогеники и уменьшая необходимое количество полостей благодаря увеличению ускоряющего градиента. Текущие исследования и разработки, проводимые в тесном сотрудничестве с сообществом линейных коллайдеров, направлены на повышение пиковой эффективности клистронов с 65% до более 80%. Высокотемпературные высокоградиентные ускоряющие резонаторы Nb- Cu и высокоэффективные источники радиочастотной энергии могут найти многочисленные применения в других областях.
Криогеника
[ редактировать ]Сжижение газа — энергоемкая операция криогенной технологии. В будущих лептонных и адронных коллайдерах будут интенсивно использоваться низкотемпературные сверхпроводящие устройства, работающие при температурах 4,5 К и 1,8 К, что потребует очень крупномасштабного распределения, восстановления и хранения криогенных жидкостей.
В результате криогенные системы, которые необходимо разработать, в два-четыре раза превышают развернутые в настоящее время системы и требуют повышенной доступности и максимальной энергоэффективности . Ожидается, что любые дальнейшие усовершенствования криогеники найдут широкое применение в методах медицинской визуализации.
Вакуумная система криогенного пучка для адронного коллайдера с границей энергии должна поглощать энергию 50 Вт на метр при криогенных температурах. Чтобы защитить холодное отверстие магнита от нагрузки на головку, вакуумная система должна быть устойчивой к эффектам электронного облака, очень прочной и стабильной в условиях закалки сверхпроводимости.
Он также должен обеспечивать быструю обратную связь при наличии эффектов импеданса. Для достижения этих уникальных термомеханических и электрических свойств для коллимационных систем необходимо разработать новые композиционные материалы. Такие материалы также могут быть дополнены продолжающимися исследованиями тонкопленочного покрытия NEG , которое используется на внутренней поверхности медных вакуумных камер.
Коллимация
[ редактировать ]Адронный коллайдер на 100 ТэВ требует эффективных и надежных коллиматоров, поскольку в точках взаимодействия ожидается 100 кВт адронного фона. Более того, необходимы быстродействующие самонастраивающиеся системы управления с субмиллиметровыми коллимационными зазорами, чтобы предотвратить необратимое повреждение машины и управлять запасенными в каждом луче 8,3 ГДж.
Чтобы решить эти проблемы, исследование FCC ищет конструкции, которые могут выдерживать большие энергетические нагрузки с приемлемой временной деформацией и без необратимых повреждений. Новые композиты с улучшенными термомеханическими и электрическими свойствами будут исследованы в сотрудничестве с программами FP7 HiLumi LHC DS и EuCARD2.
Сроки
[ редактировать ]Большой адронный коллайдер в ЦЕРН с его модернизацией High Luminosity является крупнейшим в мире и самым мощным ускорителем частиц, который, как ожидается, будет работать до 2036 года. Был выдвинут ряд различных предложений по созданию исследовательской инфраструктуры в области физики элементарных частиц после LHC, включая как линейные, так и линейные. и круговые машины.
В исследовании FCC изучаются сценарии использования различных круглых коллайдеров частиц, размещенных в новом туннеле окружностью 100 км, основываясь на традициях LEP и LHC , которые оба размещены в одном и том же туннеле окружностью 27 км. Срок в 30 лет подходит для проектирования и строительства крупного ускорительного комплекса и детекторов частиц.
Опыт эксплуатации LEP и LHC, а также возможность протестировать новые технологии на LHC с высокой светимостью обеспечивают основу для оценки возможности создания ускорителя частиц после LHC. В 2018 году сотрудничество FCC опубликовало четырехтомный отчет о концептуальном проектировании (CDR). [13] в качестве вклада в следующую Европейскую стратегию по физике элементарных частиц. [4] Четыре тома посвящены: (а) «Том 1 Возможности физики»; [24] (б) «Том 2 FCC-ee: Лептонный коллайдер»; [25] (c) «Том 3 FCC-hh: Адронный коллайдер»; [26] и (d) «Том 4. БАК высоких энергий». [27]
Организация
[ редактировать ]Исследование FCC, организованное ЦЕРН, представляет собой международное сотрудничество 135 исследовательских институтов и университетов и 25 промышленных партнеров со всего мира.
Исследование FCC было начато в ответ на рекомендацию, содержащуюся в обновленной версии Европейской стратегии по физике элементарных частиц 2013 года, принятой советом ЦЕРН . Исследование проводится тремя органами: Советом по международному сотрудничеству (ICB), Международным руководящим комитетом (ISC) и Международным консультативным комитетом (IAC).
ICB рассматривает потребности исследования в ресурсах и находит совпадения в рамках сотрудничества. Таким образом, он направляет вклады участников сотрудничества, стремясь к созданию географически хорошо сбалансированной и тематически дополняющей сети вкладов. ISC является надзорным и главным руководящим органом проведения исследования и действует от имени сотрудничества.
ISC отвечает за надлежащее исполнение и реализацию решений ICB, определение и формулирование стратегического масштаба, отдельных целей и рабочей программы исследования. Его работу координирует Координационная группа – главный исполнительный орган проекта, который координирует отдельные пакеты работ и осуществляет повседневное управление исследованием.
Наконец, IAC рассматривает научно-технический прогресс исследования и представляет научные и технические рекомендации Международному руководящему комитету для оказания помощи и облегчения принятия важных технических решений.
Критика
[ редактировать ]Предложенный FCC ускоритель частиц подвергся критике из-за затрат: стоимость варианта этого проекта с энергетическим адронным коллайдером (FCC-hh) оценивается в более чем 20 миллиардов долларов США. [28]
Физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер раскритиковала соответствующий рекламный видеоролик за изложение широкого круга открытых проблем в физике, несмотря на то, что ускоритель, скорее всего, сможет решить лишь небольшую часть из них. Она отметила, что (по состоянию на 2019 г. [update]) «нет никаких причин, по которым новые физические эффекты, такие как частицы, составляющие темную материю, должны быть доступны на следующем более крупном коллайдере». [29] [30] Исследования экспериментальных данных по космологической постоянной , LIGO шуму и времени пульсаров показывают, что очень маловероятно существование каких-либо новых частиц с массами, намного превышающими те, которые можно найти в стандартной модели или на БАКе. [31] [32] [33] Однако другие исследования также показали, что квантовая гравитация или пертурбативная квантовая теория поля станут сильно связанными до энергии 1 ПэВ, что приведет к появлению новой новой физики в ТэВах. [31]
Ответ на эту критику пришел как со стороны физического сообщества, так и со стороны философов и историков науки, которые подчеркивали исследовательский потенциал любого будущего крупномасштабного коллайдера. [34] Подробное обсуждение физики включено в первый том отчета FCC о концептуальном проекте. Джан Джудис , руководитель отдела теоретической физики ЦЕРН, написал статью на тему «Будущее коллайдеров высоких энергий». [35] другие комментарии исходили от Джереми Бернштейна , Лизы Рэндалл , Джеймса Бичема , [36] Гарри Клифф и Томмазо Дориго [37] [38] среди других. В недавнем интервью теоретик Courier CERN Нима Аркани-Хамед описала конкретную экспериментальную цель коллайдера после LHC: «Хотя нет абсолютно никакой гарантии, что мы будем производить новые частицы, мы определенно проведем стресс-тестирование наших существующих законов в большинстве случаев». Однако измерение свойств бозона Хиггса гарантированно ответит на некоторые животрепещущие вопросы. [...] Фабрика Хиггса решительно ответит на этот вопрос посредством точных измерений связи бозона Хиггса со множеством. другие частицы в очень чистой экспериментальной среде». [39] Более того, на эти дебаты были даны некоторые философские ответы, в первую очередь Микела Массими , которая подчеркнула исследовательский потенциал будущих коллайдеров: «Физика высоких энергий прекрасно иллюстрирует иной способ мышления о прогрессе, где прогресс измеряется путем исключения живых возможностей. , исключая с высоким уровнем достоверности (95%) определенные физически мыслимые сценарии и таким образом отображая пространство того, что может быть объективно возможно в природе, в 99,9% случаев именно так развивается физика, а в оставшееся время кто-то получает Нобелевскую премию. Премия за открытие новой частицы». [40]
Исследования для линейных коллайдеров
[ редактировать ]Была одобрена модернизация БАК [HL-LHC] с высокой светимостью, чтобы продлить срок его эксплуатации до середины 2030-х годов. Модернизация облегчит обнаружение редких процессов и улучшит статистические измерения.
Исследование Future Circular Collider дополняет предыдущие исследования линейных коллайдеров. Компактный линейный коллайдер (CLIC) был запущен в 1985 году в ЦЕРНе. [41] CLIC исследует возможность создания лептонного (электрона/позитрона) коллайдера высокой энергии (до 3 ТэВ) и высокой светимости.
Международный линейный коллайдер аналогичен проекту CLIC, энергия столкновения которого запланирована на уровне 500 ГэВ. В 2013 году он представил отчет о техническом проектировании. [42] В 2013 году два исследования сформировали организационное партнерство — Linear Collider Collaboration (LCC) для координации и продвижения глобальной разработки линейного коллайдера. [43]
См. также
[ редактировать ]- Компактный линейный коллайдер - линейный ускоритель частиц после LHC, предложенный в ЦЕРН
- Международный линейный коллайдер - предлагаемый линейный ускоритель частиц в Японии.
- Круговой электрон-позитронный коллайдер - предлагаемый кольцевой коллайдер в Китае
- Сверхпроводящий суперколлайдер — проект кругового коллайдера в США длиной окружности 87 км, заброшенный в 1993 году.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бенедикт, М.; Циммерманн, Ф. (28 марта 2014 г.). «Исследование будущего на круговом коллайдере» . ЦЕРН Курьер . Проверено 4 июля 2018 г.
- ^ Бенедикт, М.; Циммерманн, Ф. (весна 2015 г.). «Исследование будущего кругового коллайдера (FCC)» . Информационный бюллетень ФИП . Проверено 4 июля 2018 г.
- ^ «Круговой коллайдер будущего» . 13 июня 2023 г.
- ^ Jump up to: а б https://cds.cern.ch/record/2651300/files/CERN-ACC-2018-0058.pdf стр. 248, «Параметры пучка» дают ГДж полной энергии на основе количества протонов в сгустке и количества сгустков [10 400] в FCC-hh: https://www.wolframalpha.com/input/?i=10400*1.0*(10% 5E11)*100*(10%5E12)*1,602*(10%5E-19)
- ^ «Круговой коллайдер будущего: отчет о концептуальном проектировании» . Учебный офис FCC . ЦЕРН. 2018 . Проверено 15 января 2019 г.
- ^ Блондель, Ален; Циммерманн, Франк (2011). «Е+е-коллайдер высокой светимости в туннеле БАК для изучения бозона Хиггса». arXiv : 1112.2518 [ hep-ex ].
- ^ Корацинос, М.; и др. (2015). «Исследование FCC-ee: прогресс и проблемы». arXiv : 1506.00918 [ physical.acc-ph ].
- ^ «Первая встреча по исследованию будущего кругового коллайдера (12–15 февраля 2014 г.): обзор · Indico» . Индико . 12 февраля 2014 г.
- ^ Доусон, С; и др. (30 октября 2013 г.). Отчет рабочей группы Хиггса об исследовании общественного планирования Snowmass 2013 . arXiv : 1310.8361 .
{{cite book}}
:|website=
игнорируется ( помогите ) - ^ «ЦЕРН рассматривает возможность создания кругового адронного коллайдера на 100 ТэВ». Физика сегодня . Издательство АИП. 5 февраля 2019 г. doi : 10.1063/pt.6.2.20190205a . ISSN 1945-0699 . S2CID 243281841 .
- ^ Дайнесе, А.; и др. (4 мая 2016 г.). «Тяжелые ионы в круговом коллайдере будущего». arXiv : 1605.01389v3 [ hep-ph ].
- ^ Кляйн, Макс (16–20 апреля 2018 г.). Дело в пользу LHeC (PDF) . XXVI Международный семинар по глубоконеупругому рассеянию и связанным с ним проблемам. Кобе.
- ^ Jump up to: а б «FCC CDR» . fcc-cdr.web.cern.ch .
- ^ Эллис, Дж.; Ты, Т. (2016). «Чувствительность перспективного будущего» + и − Коллайдеры для разделения новой физики». Журнал физики высоких энергий . 2016 (3): 89. arXiv : 1510.04561 . Bibcode : 2016JHEP...03..089E . doi : 10.1007/JHEP03(2016)089 . S2CID 29965872 .
- ^ д'Энтеррия, Д. (2016). «Физический случай FCC-ee». arXiv : 1601.06640 [ hep-ex ].
- ^ Циммерман, Ф.; Бенедикт, М.; Шульте, Д.; Веннингер, Дж. (2014). «Проблемы для круговых коллайдеров высочайшей энергии» (PDF) . Материалы IPAC2014, Дрезден, Германия . стр. 1–6. ISBN 978-3-95450-132-8 . МОХА01.
- ^ Хинчлифф, И.; Котвал, А.; Мангано, ML; Куигг, К.; Ван, Л.-Т. (2015). «Цели светимости для 100 ТэВ на пике». Международный журнал современной физики А. 30 (23): 1544002. arXiv : 1504.06108 . Бибкод : 2015IJMPA..3044002H . дои : 10.1142/S0217751X15440029 . S2CID 118472706 .
- ^ Ядах, С.; Кисия, РА (апрель 2016 г.). «Форма линии бозона Хиггса в будущих лептонных коллайдерах» . Буквы по физике Б. 755 : 58–63. arXiv : 1509.02406 . Бибкод : 2016PhLB..755...58J . дои : 10.1016/j.physletb.2016.01.065 .
- ^ Барлетта, В.; Батталья, М.; Клют, М.; Мангано, М.; Престемон, С.; Росси, Л.; Скандс, П. (2014). «Адронные коллайдеры будущего: от физики к технологическим исследованиям и разработкам» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . Секция А. 764 : 352–368. Бибкод : 2014NIMPA.764..352B . дои : 10.1016/j.nima.2014.07.010 . hdl : 1721.1/98175 .
- ^ Шерлинг, Дэниел (2019). Магниты-ускорители Nb₃Sn: конструкции, технологии и характеристики . Чам: Спрингер Опен. ISBN 978-3-030-16117-0 . OCLC 1119721440 .
- ^ Гурли, Стивен А.; Томмазини, Давиде (2017). «Исследования и разработки дипольных магнитов 16 T Nb 3 Sn» (PDF) . Информационный бюллетень ICFA Beam Dynamics . 72 : 110–112.
- ^ «Долгий поход ниобия к меди» . ЦЕРН Курьер . 19 апреля 2018 г.
- ^ Мархаузер (JLAB), Фрэнк; Чаритос (ЦЕРН), Панос (27 июня 2018 г.). «Первый прототип резонатора на частоте 802 МГц для будущего кругового коллайдера ЦЕРН» . Accelerationnews.web.cern.ch .
- ^ Абада, А.; и др. (5 июня 2019 г.). «Физические возможности FCC» . Европейский физический журнал C . 79 (6): 474. Бибкод : 2019EPJC...79..474A . doi : 10.1140/epjc/s10052-019-6904-3 . hdl : 11729/1646 .
- ^ Абада, А.; и др. (1 июня 2019 г.). «FCC-ee: Лептонный коллайдер» . Специальные темы Европейского физического журнала . 228 (2): 261–623. doi : 10.1140/epjst/e2019-900045-4 . hdl : 20.500.12008/28116 .
- ^ Абада, А.; и др. (1 июля 2019 г.). «FCC-hh: Адронный коллайдер» . Специальные темы Европейского физического журнала . 228 (4): 755–1107. doi : 10.1140/epjst/e2019-900087-0 . hdl : 10150/634126 .
- ^ Абада, А.; и др. (1 июля 2019 г.). «HE-LHC: Большой адронный коллайдер высоких энергий» . Специальные темы Европейского физического журнала . 228 (5): 1109–1382. doi : 10.1140/epjst/e2019-900088-6 . hdl : 20.500.12008/28118 .
- ^ Кастельвекки, Давиде (15 января 2019 г.). «БАК следующего поколения: ЦЕРН излагает планы по созданию суперколлайдера стоимостью 21 миллиард евро» . Природа . 565 (7740): 410. Бибкод : 2019Natur.565..410C . дои : 10.1038/d41586-019-00173-2 . ПМИД 30657746 .
- ^ «Физики элементарных частиц хотят денег на более крупный коллайдер» . Обратная реакция . 16 января 2019 г.
- ^ Пайпер, Келси (22 января 2019 г.). «Азартная игра на 22 миллиарда долларов: почему некоторые физики не в восторге от создания более крупного коллайдера частиц» . Вокс .
- ^ Jump up to: а б Афшорди, Ниайеш; Нельсон, Эллиот (7 апреля 2016 г.). «Космологические границы физики в ТэВном масштабе и за его пределами» . Физический обзор D . 93 (8): 083505. arXiv : 1504.00012 . Бибкод : 2016PhRvD..93h3505A . дои : 10.1103/PhysRevD.93.083505 . S2CID 119110506 . Проверено 20 февраля 2023 г.
- ^ Афшорди, Ниаеш (21 ноября 2019 г.). «О происхождении «загадочного» шума LIGO и пустыни физики частиц высоких энергий». arXiv : 1911.09384 [ gr-qc ].
- ^ Афшорди, Ниайеш; Ким, Хёнджин; Нельсон, Эллиот (15 марта 2017 г.). «Ограничения времени пульсара в физике за пределами стандартной модели». arXiv : 1703.05331 [ hep-th ].
- ^ Бенедикт, Майкл; Эллис, Джон; Харитос, Панайотис; Лиянаге, Шанта (30 апреля 2024 г.), Лиянаге, Шанта; Нордберг, Маркус; Стрейт-Бьянки, Марилена (ред.), «Скачок в будущее» , Большая наука, инновации и общественный вклад (1-е изд.), Oxford University PressOxford, стр. 107–132, doi : 10.1093/oso/9780198881193.003.0006 , ISBN 978-0-19-888119-3 , получено 8 июня 2024 г.
- ^ Джудиче, Джиан (2019). «О будущих коллайдерах высоких энергий». arXiv : 1902.07964 [ physical.hist-ph ].
- ^ Является ли коллайдер частиц стоимостью 20 миллиардов долларов пустой тратой денег? Джеймс Бичем говорит: «Нет, это будущее физики!» . Доктор Брайан Китинг. 22 июня 2020 г. – через YouTube.
- ^ «Ложные утверждения в физике элементарных частиц» . Наука 2.0 . 27 августа 2014 г.
- ^ Дориго, Томмасо (27 августа 2014 г.). «Еще кое-что о мифе о пустыне» . Наука 2.0 . Проверено 2 марта 2021 г.
- ^ «В этом надолго» . ЦЕРН Курьер . 11 марта 2019 г.
- ^ Массими, Микела (31 января 2019 г.). «Планируемый ускоритель частиц: больше, чем предсказание» . Франкфуртер Альгемайне Цайтунг .
- ^ «Архивы компактного линейного коллайдера CLIC» . Служба научной информации ЦЕРН (SIS) .
- ^ Бенке, Галстуки; и др. (2013). «Отчет о техническом проектировании Международного линейного коллайдера - Том 1: Краткое изложение». arXiv : 1306.6327 [ physical.acc-ph ].
- ^ «Коллайдеры объединяются: линейные коллайдеры в новом партнерстве» . ЦЕРН . 21 февраля 2013 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Веб-сайт будущего кругового коллайдера
- «Мастерская Future Circular Collider дебютирует в Италии» . ЦЕРН Курьер . 14 июля 2022 г.