Международный линейный коллайдер

Международный линейный коллайдер ( ILC ) – это предлагаемый линейный ускоритель частиц . ^{[ 1 ]} Первоначально планируется иметь энергию столкновения 500 ГэВ с возможностью последующего повышения до 1000 ГэВ (1 ТэВ). Хотя первыми местами размещения МЛЦ были Япония, Европа ( ЦЕРН ) и США ( Фермилаб ), ^{[ 2 ]} в Высокогорье Китаками префектуре Иватэ на севере Японии было в центре внимания проектировщиков ILC с 2013 года. ^{[ 3 ]} По словам координатора исследований детекторов в ILC, японское правительство готово оплатить половину расходов. ^{[ 4 ]}

ILC будет сталкивать электроны с позитронами . Его длина будет от 30 до 50 км (19–31 миль), что более чем в 10 раз длиннее Стэнфордского линейного ускорителя на 50 ГэВ , самого длинного из существующих линейных ускорителей частиц. Предложение основано на предыдущих аналогичных предложениях из Европы, США и Японии.

При поэтапном подходе ILC может первоначально быть построен на 250 ГэВ для использования в качестве фабрики Хиггса . ^{[ 5 ]} Длина такой конструкции составит около 20 км.

Также ведутся исследования альтернативного проекта — Компактного линейного коллайдера (CLIC), который будет работать при более высоких энергиях (до 3 ТэВ) в машине длиной, аналогичной ILC. Эти два проекта, CLIC и ILC, были объединены в рамках сотрудничества Linear Collider Collaboration . ^{[ 6 ]}

Предыстория: линейные ускорители и синхротроны.

Существует две основные формы ускорителей. Линейные ускорители («линеки») ускоряют элементарные частицы по прямолинейному пути. Круговые ускорители («синхротроны»), такие как Тэватрон , LEP и Большой адронный коллайдер (LHC), используют круговые траектории. Круговая геометрия имеет значительные преимущества при энергиях до десятков ГэВ включительно : благодаря круговой конструкции частицы можно эффективно ускорять на больших расстояниях. Кроме того, на самом деле сталкивается только часть частиц, попавших на курс столкновения. В линейном ускорителе остальные частицы теряются; в кольцевом ускорителе они продолжают циркулировать и доступны для будущих столкновений. Недостатком кольцевых ускорителей является то, что заряженные частицы, движущиеся по искривленным траекториям, обязательно будут излучать электромагнитное излучение, известное как синхротронное излучение . Потери энергии из-за синхротронного излучения обратно пропорциональны четвертой степени массы рассматриваемых частиц. Вот почему имеет смысл строить круговые ускорители тяжелых частиц — адронные коллайдеры, такие как БАК для протонов или, альтернативно, для свинца ядер . Электронно-позитронный коллайдер того же размера никогда не сможет достичь таких же энергий столкновения. Фактически, энергия на LEP, которая раньше занимала туннель, теперь отданный LHC, была ограничена до 209 ГэВ из-за потерь энергии из-за синхротронного излучения.

Несмотря на то, что номинальная энергия столкновения на LHC будет выше, чем энергия столкновения ILC (14 000 ГэВ для LHC ^{[ 7 ]} против ~500 ГэВ для ILC), на ILC можно было бы провести более точные измерения. Столкновения между электронами и позитронами гораздо проще анализировать, чем столкновения, в которых энергия распределяется между составляющими , антикварками и глюонами барионных частиц кварками . Таким образом, одной из задач ILC будет проведение прецизионных измерений свойств частиц, обнаруженных на БАК.

ILC физика и детекторы

Широко ожидается, что физические эффекты, выходящие за рамки описанных в текущей Стандартной модели, будут обнаружены в ходе экспериментов на предлагаемом ILC. ^{[ 8 ]} Кроме того, ожидается, что будут обнаружены и измерены частицы и взаимодействия, описываемые Стандартной моделью. В МЛЦ физики надеются получить возможность:

Измерьте массу, спин и силу взаимодействия бозона Хиггса.
Если они существуют, измерьте количество, размер и форму любых в ТэВном масштабе. дополнительных измерений
Исследуйте легчайшие суперсимметричные частицы, возможные кандидаты на роль темной материи

Для достижения этих целей необходимы детекторы частиц нового поколения.

Объединение региональных предложений в глобальный проект

В августе 2004 года Международная группа по технологическим рекомендациям (ITRP) рекомендовала ^{[ 9 ]} сверхпроводящая радиочастотная технология для ускорителя. После этого решения три существующих проекта линейных коллайдеров — Следующий линейный коллайдер (NLC), Глобальный линейный коллайдер (GLC) и сверхпроводящий линейный ускоритель тераэлектронвольтной энергии (TESLA) — объединили свои усилия в один проект (ILC). В марте 2005 года Международный комитет по ускорителям будущего (ICFA) объявил профессора Барри Бариша , директора лаборатории LIGO в Калифорнийском технологическом институте с 1997 по 2005 год, директором Глобального проекта по проектированию (GDE). В августе 2007 года был опубликован отчет об эталонном проекте ILC. ^{[ 10 ]} Физики, работающие над GDE, завершили подробный отчет о конструкции ILC и опубликовали его в июне 2013 года. ^{[ 6 ]}

Дизайн

Источник электронов для ILC будет использовать импульсы лазерного света длительностью 2 наносекунды для выброса электронов из фотокатода . Этот метод позволяет поляризовать до 80% электронов; затем электроны будут ускорены до 5 ГэВ на 370-метровой ступени линейного ускорителя. Синхротронное излучение электронов высокой энергии будет создавать электрон-позитронные пары на мишени из титанового сплава с поляризацией до 60%; Позитроны от этих столкновений будут собраны и ускорены до 5 ГэВ в отдельном линейном ускорителе.

Чтобы уплотнить сгустки электронов и позитронов с энергией 5 ГэВ до достаточно малого размера для полезного столкновения, они будут циркулировать в течение 0,1–0,2 секунды в паре демпфирующих колец длиной 3,24 км, в которых их размер уменьшится до 6 мм. в длину, а также вертикальный и горизонтальный эмиттанс 2 пм и 0,6 нм соответственно.

Из демпфирующих колец сгустки частиц будут направляться в сверхпроводящие радиочастотные магистральные ускорители длиной 11 км каждый, где они будут ускоряться до 250 ГэВ. При такой энергии каждый луч будет иметь среднюю мощность около 5,3 мегаватт . В секунду будет производиться и ускоряться пять групповых поездов.

Чтобы поддерживать достаточную яркость для получения результатов в разумные сроки после ускорения, сгустки будут фокусироваться на несколько нанометров в высоту и несколько сотен нанометров в ширину. Затем сфокусированные сгустки столкнутся внутри одного из двух больших детекторов частиц .

ускорителе . Девятиэлементный сверхпроводящий радиочастотный резонатор на основе ниобия, работающий на частоте 1,3 ГГц, который будет использоваться в основном линейном ^{[ 11 ]}
Внутренний вид ниобиевого сверхпроводящего радиочастотного резонатора.
Криомодуль проходит испытания в Фермилабе
Поперечное сечение криомодуля. Большая трубка в центре — это труба возврата газа гелия. Закрытая трубка под ней является осью балки.
Фланец криомодуля служит для соединения контрольно-измерительных проводов и кабелей.

Предлагаемые сайты

Первоначально три площадки для Международного линейного коллайдера были ведущими претендентами в авторитетных центрах физики высоких энергий в Европе. ^{[ 12 ]} В ЦЕРН в Женеве туннель расположен глубоко под землей, в непроницаемой скале. Это место считалось благоприятным по ряду практических причин, но из-за БАКа оно оказалось нежелательным. В DESY в Гамбурге туннель находится близко к поверхности, в водонасыщенном грунте. Германия лидирует в Европе по научному финансированию и поэтому считалась надежной с точки зрения финансирования. В ОИЯИ в Дубне тоннель расположен близко к поверхности, в непроницаемом грунте. В Дубне имеется предускорительный комплекс, который можно было бы легко адаптировать для нужд МЛЦ. Но все три более или менее хорошо подходили для размещения линейного коллайдера, а у одного был широкий выбор места для выбора места в Европе.

За пределами Европы ряд стран выразили интерес. Япония получает большое количество финансирования для нейтринной деятельности, такой как эксперимент Т2К , что является фактором не в ее пользу, хотя в Японии уже построено 20 огромных пещер с туннелями доступа для гидроэлектростанций (например, ГЭС Каннагава ). После закрытия Тэватрона некоторые группы в США проявили интерес, при этом Фермилаб стал предпочтительным местом из-за уже имеющихся объектов и экспертов. Большая часть предполагаемого интереса со стороны других стран была слухами внутри научного сообщества, и очень немногие факты были опубликованы официально. Представленная выше информация представляет собой краткое изложение информации, содержащейся на Международном семинаре по линейным коллайдерам 2010 года (совместное заседание ECFA-CLIC-ILC) в ЦЕРН. ^{[ 13 ]}

Экономический кризис 2008 года заставил США и Великобританию сократить финансирование проекта коллайдера. ^{[ 14 ]} что привело к позиции Японии как наиболее вероятной принимающей стороны Международного линейного коллайдера. ^{[ 15 ]} 23 августа 2013 года комитет по оценке объекта японского сообщества физиков высоких энергий предложил расположить его в горах Китаками в Иватэ и Мияги префектурах . ^{[ 16 ]} По состоянию на 7 марта 2019 года правительство Японии заявило, что не готово поддержать строительство коллайдера из-за его высокой предполагаемой стоимости, составляющей около 7 миллиардов долларов. Это решение было частично проинформировано Научным советом Японии . Японское правительство запросило денежную поддержку у других стран для финансирования этого проекта. ^{[ 17 ]}

В 2022 году японский план создания МЛЦ был «отложен» комиссией Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии (MEXT). ^{[ 18 ]} Было указано несколько причин, в том числе потенциально недостаточная международная поддержка и предложение ЦЕРН по будущему круговому коллайдеру , цели которого в области физики совпадают с целями ILC.

Если запуск ILC в Японии в 2022 году не будет одобрен, ученые из Национальной ускорительной лаборатории Ферми предлагают построить ILC на территории Фермилаб. ^{[ 19 ]} Этот план предполагает поэтапный подход, начиная с фабрики Хиггса . Служба инженерной поддержки Fermilab разработала потенциальные планировки, в которых используется участок земли и сервитут ComEd, проходящий к северу и югу от объекта. Предлагаемый проект считается «готовым к реализации».

Расходы

В отчете об эталонном проектировании стоимость строительства МЛЦ, исключая НИОКР, прототипирование, приобретение земли, затраты на подземные сервитуты, детекторы, непредвиденные расходы и инфляцию, оценивается в 6,75 миллиарда долларов США. ^{[ 20 ]} (в ценах 2007 года). Ожидается, что с момента официального утверждения проекта завершение строительства ускорительного комплекса и детекторов займет семь лет. Принимающая страна должна будет заплатить 1,8 миллиарда долларов за расходы на конкретном объекте, такие как рытье туннелей и шахт, а также поставка воды и электричества.

Бывший министр энергетики США Стивен Чу оценил общую стоимость проекта в 25 миллиардов долларов США. Директор ILC Бариш заявил, что это, вероятно, завышенная оценка. Другие представители Министерства энергетики оценили общую сумму в 20 миллиардов долларов. ^{[ 21 ]} По завершении отчета о проектировании МЛЦ за 2013 год Бариш сообщил, что стоимость строительства МЛЦ эквивалентна 7,78 миллиардам долларов США в 2012 году; это потребует «22,6 миллиона часов труда и затрат с учетом местоположения, включая подготовку места, научные детекторы и эксплуатацию объекта». ^{[ 22 ]}

Примечания

^ «Международный линейный коллайдер – ворота в квантовую вселенную» . Сообщество МЛЦ. 18 октября 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2009 г. Проверено 21 мая 2009 г.
^ Хэмиш Джонстон. «Где следует построить Международный линейный коллайдер?» . Physicsworld.com . Проверено 2 августа 2012 г.
^ «ILC – Статус проекта» . www.linearcollider.org . Архивировано из оригинала 27 сентября 2016 г. Проверено 14 декабря 2016 г.
^ «Новый ускоритель частиц ILC будет завершен не раньше 2026 года, — говорит Франсуа Ришар (испанский)» . 11 июня 2012 г. Архивировано из оригинала 02 июля 2012 г. Проверено 2 августа 2012 г.
^ Лист, Дженни (28 января 2021 г.). «ILC: за пределами Хиггса» . Курьер ЦЕРН . Проверено 26 апреля 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «LCC — Сотрудничество с линейными коллайдерами» . www.linearcollider.org . Проверено 14 декабря 2016 г.
^ Поскольку фактические столкновения происходят между компонентами протонов — кварками , антикварками и глюонами — эффективная энергия столкновений будет ниже 14 000 ГэВ, но все же выше 500 ГэВ), типичное столкновение на БАКе будет иметь более высокую энергию, чем типичное столкновение ILC.
^ Г. Ааронс; и др. (2007), Отчет об эталонном проектировании Международного линейного коллайдера, том 2: Физика в ILC (PDF) , arXiv : 0709.1893 , Bibcode : 2007arXiv0709.1893D
^ «Окончательный отчет Международной группы по технологическим рекомендациям» (PDF) . ICFA (Международный комитет по акселераторам будущего). 2004 . Проверено 19 ноября 2012 г.
^ «Отчет об эталонном проекте ILC» . ILC Глобальные усилия по проектированию и всемирное исследование. Август 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) г. 18 декабря 2008 Проверено 21 мая 2009 г.
^ Отчет о техническом проектировании Международного линейного коллайдера за 2013 год . Международный линейный коллайдер. 2013 . Проверено 14 августа 2015 г.
^ Вильгельм Беловонс, Джон Эндрю Осборн и Григорий Ширков (31 марта 2010 г.). «Исследование выбора места для европейских площадок МЛЦ» (PDF) . ILC-HiGrade-Report-2010-004-1.
^ «Международный семинар по линейным коллайдерам 2010» . 22 октября 2010 г.
^ Хэнд, Эрик; Брамфил, Джефф (9 января 2008 г.). «Планы ускорения застопорились после сокращений в США и Великобритании» . Природа . 451 (7175): 112–113. Бибкод : 2008Natur.451..112H . дои : 10.1038/451112а . ПМИД 18185548 .
^ Брамфил, Джефф (14 декабря 2012 г.). «Япония находится в выигрышном положении по созданию ускорителя частиц» . Природа . дои : 10.1038/nature.2012.12047 . S2CID 124158663 .
^ Келен Таттл; Кэтрин Джепсен (23 августа 2013 г.). «Япония выбирает место-кандидат для линейного коллайдера» . Журнал «Симметрия» . Фермилаб . Проверено 23 августа 2013 г.
^ Гаристо, Дэниел. «Япония откладывает решение о размещении следующего большого коллайдера частиц» . Научный американец . Проверено 14 марта 2019 г.
^ Майкл Бэнкс (1 марта 2022 г.). «Группа призывает физиков «отложить» идею о том, что в Японии будет размещен Международный линейный коллайдер» . Мир физики, Издательство IOP.
^ Бхат, ПК; и др. (15 марта 2022 г.). «Варианты будущего коллайдера для США». Официальные документы Snowmass 2021 . arXiv : 2203.08088 .
^ Прощай, Деннис (8 февраля 2007 г.). «Цена следующего большого открытия в физике: 6,7 миллиарда долларов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 5 мая 2010 г.
^ «Цена Чу привязывает ILC в 25 миллиардов долларов» . НаукаИнсайдер. 2009. Архивировано из оригинала 5 января 2010 года.
^ Таттл, Кен (22 февраля 2013 г.). «Планы линейного коллайдера продвигаются вперед» . журнал «Симметрия» . Проверено 8 марта 2017 г.

Внешние ссылки

[1] «Международный линейный коллайдер – ворота в квантовую вселенную» . Сообщество МЛЦ. 18 октября 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2009 г. Проверено 21 мая 2009 г.

[2] Хэмиш Джонстон. «Где следует построить Международный линейный коллайдер?» . Physicsworld.com . Проверено 2 августа 2012 г.

[3] «ILC – Статус проекта» . www.linearcollider.org . Архивировано из оригинала 27 сентября 2016 г. Проверено 14 декабря 2016 г.

[4] «Новый ускоритель частиц ILC будет завершен не раньше 2026 года, — говорит Франсуа Ришар (испанский)» . 11 июня 2012 г. Архивировано из оригинала 02 июля 2012 г. Проверено 2 августа 2012 г.

[5] Лист, Дженни (28 января 2021 г.). «ILC: за пределами Хиггса» . Курьер ЦЕРН . Проверено 26 апреля 2022 г.

[:0-6] Перейти обратно: ^а ^б «LCC — Сотрудничество с линейными коллайдерами» . www.linearcollider.org . Проверено 14 декабря 2016 г.

[7] Поскольку фактические столкновения происходят между компонентами протонов — кварками , антикварками и глюонами — эффективная энергия столкновений будет ниже 14 000 ГэВ, но все же выше 500 ГэВ), типичное столкновение на БАКе будет иметь более высокую энергию, чем типичное столкновение ILC.

[8] Г. Ааронс; и др. (2007), Отчет об эталонном проектировании Международного линейного коллайдера, том 2: Физика в ILC (PDF) , arXiv : 0709.1893 , Bibcode : 2007arXiv0709.1893D

[9] «Окончательный отчет Международной группы по технологическим рекомендациям» (PDF) . ICFA (Международный комитет по акселераторам будущего). 2004 . Проверено 19 ноября 2012 г.

[10] «Отчет об эталонном проекте ILC» . ILC Глобальные усилия по проектированию и всемирное исследование. Август 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) г. 18 декабря 2008 Проверено 21 мая 2009 г.

[11] Отчет о техническом проектировании Международного линейного коллайдера за 2013 год . Международный линейный коллайдер. 2013 . Проверено 14 августа 2015 г.

[12] Вильгельм Беловонс, Джон Эндрю Осборн и Григорий Ширков (31 марта 2010 г.). «Исследование выбора места для европейских площадок МЛЦ» (PDF) . ILC-HiGrade-Report-2010-004-1.

[13] «Международный семинар по линейным коллайдерам 2010» . 22 октября 2010 г.

[14] Хэнд, Эрик; Брамфил, Джефф (9 января 2008 г.). «Планы ускорения застопорились после сокращений в США и Великобритании» . Природа . 451 (7175): 112–113. Бибкод : 2008Natur.451..112H . дои : 10.1038/451112а . ПМИД 18185548 .

[15] Брамфил, Джефф (14 декабря 2012 г.). «Япония находится в выигрышном положении по созданию ускорителя частиц» . Природа . дои : 10.1038/nature.2012.12047 . S2CID 124158663 .

[jsite-16] Келен Таттл; Кэтрин Джепсен (23 августа 2013 г.). «Япония выбирает место-кандидат для линейного коллайдера» . Журнал «Симметрия» . Фермилаб . Проверено 23 августа 2013 г.

[17] Гаристо, Дэниел. «Япония откладывает решение о размещении следующего большого коллайдера частиц» . Научный американец . Проверено 14 марта 2019 г.

[iop2022-18] Майкл Бэнкс (1 марта 2022 г.). «Группа призывает физиков «отложить» идею о том, что в Японии будет размещен Международный линейный коллайдер» . Мир физики, Издательство IOP.

[19] Бхат, ПК; и др. (15 марта 2022 г.). «Варианты будущего коллайдера для США». Официальные документы Snowmass 2021 . arXiv : 2203.08088 .

[20] Прощай, Деннис (8 февраля 2007 г.). «Цена следующего большого открытия в физике: 6,7 миллиарда долларов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 5 мая 2010 г.

[21] «Цена Чу привязывает ILC в 25 миллиардов долларов» . НаукаИнсайдер. 2009. Архивировано из оригинала 5 января 2010 года.

[22] Таттл, Кен (22 февраля 2013 г.). «Планы линейного коллайдера продвигаются вперед» . журнал «Симметрия» . Проверено 8 марта 2017 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

v т и Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН)
Large Hadron Collider (LHC)	List of LHC experiments ALICE ATLAS CMS LHCb LHCf MoEDAL TOTEM FASER
Large Electron–Positron Collider (LEP)	List of LEP experiments ALEPH DELPHI OPAL L3
Super Proton Synchrotron (SPS)	List of SPS experiments AWAKE CNGS NA48 NA49 NA58/COMPASS NA60 NA61/SHINE NA62 UA1 UA2 BIBC LEBC HOLEBC
Proton Synchrotron (PS)	PSB LEIR BEBC PS215/CLOUD Gargamelle 2 m Bubble Chamber 30 cm Bubble Chamber 81 cm Saclay Bubble Chamber
Linear accelerators	AWAKE CTF3 CLEAR Linac Linac 2 Linac 3 Linac4
Other accelerators	AA (part of AAC) AC (part of AAC) AD ISR LEAR PS210 LEIR LPI (LIL and EPA) n-TOF SC SppS
ISOLDE facility	CERN-MEDICIS COLLAPS CRIS EC-SLI IDS ISS ISOLTRAP LUCRECIA Miniball MIRACLS SEC VITO WISArD WITCH
Non-accelerator experiments	CAST
Future projects	High Luminosity Large Hadron Collider Compact Linear Collider Future Circular Collider
Related articles	LHC@home Safety of high-energy particle collision experiments CERN Courier CERN openlab Worldwide LHC Computing Grid Microcosm exhibition Streets in CERN The Globe of Science and Innovation Particle Fever (2013 documentary) Directors-general of CERN Scientific committees of CERN
Category

Базы данных авторитетного контроля
International	VIAF
National	Germany Japan