Future Circular Collider

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

Future Circular Collider  - მომავალი რგოლის კოლაიდერი

მომავალი წრიული კოლაიდერები, რომლებიც განხილულია FCC კვლევის ფარგლებში, წინა წრიულ კოლაიდერებთან შედარებით.

საერთაშორისო პროექტი მომავალი კოლაიდერის შესაქმნელად, რომელიც დაფუძნებულია CERN-ის კვლევით ცენტრში, დიდი ადრონული კოლაიდერის პროგრამის დასრულების შემდეგ. FCC არ არის მოსალოდნელი 2040 წლამდე.

განვითარების გეგმა სავარაუდოდ 21 მილიარდი აშშ დოლარი დაჯდება.

ისტორია

LHC-ში 125 გევ მასის ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენის შემდეგ გაჩნდა ინტერესი მისი თვისებების დეტალური შესწავლისთვის ინსტალაციის აგებით, ე.წ. ჰიგსის ქარხნები. ვინაიდან ნაწილაკების მასა შედარებით მცირე აღმოჩნდა, სასურველი ვარიანტია რგოლის ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერი, რადგან უკვე არსებობს გამოცდილება სხივში 106 გევ-მდე ენერგიით მოქმედი LEP-ის მუშაობისას და სხვა „ქარხნებში“ (KEKB, PEP). -II, DAFNE) დაბალი ენერგიებით შემუშავებულია ულტრა მაღალი სიკაშკაშის მიღების მეთოდები. ჰიგსის ქარხნის ალტერნატიული ვერსია შეიძლება იყოს ხაზოვანი კოლაიდერი, რომლისთვისაც არის შემუშავებული პროექტები (ILC, CLIC), მაგრამ პრაქტიკული განხორციელების გამოცდილება არ არსებობს და 200 გევ-მდე სიკაშკაშის მხრივ, რგოლის კოლაიდერები. აღემატება ხაზოვანს.

მაღალი ენერგიის რგოლის ელექტრონული მანქანების მინუსი არის რადიაციის უზარმაზარი დანაკარგები. დანაკარგების შემცირება შესაძლებელია მხოლოდ დიპოლური მაგნიტების გამრუდების რადიუსის გაზრდით, ანუ შესანახი მოწყობილობის პერიმეტრის გაზრდით. წინასწარმა შეფასებებმა აჩვენა, რომ 125 გევ სიმძლავრის რგოლის მდებარეობა არსებულ გვირაბში (LEP3 პროექტი) იწვევს ელექტროენერგიის მიუღებელ დანაკარგებს. შედეგად, ახალ გვირაბში, 50-80 კმ-ზე (TLEP პროექტი) გამოჩნდა რგოლის პროექტი. მომავალი კოლაიდერის ფიზიკური პროგრამის გაჯერების მიზნით, შემოთავაზებულია მისი ენერგიის 175 გევ-მდე გაზრდა, რაც საშუალებას მისცემს წყვილი ზედა კვარკების წარმოებას.

¯t\bar{t}, ხოლო პერიმეტრი 100 კმ-მდეა. LEP-LHC-ის წარმატებული გრძელვადიანი მუშაობის ანალოგიით, ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის შემდეგ იმავე გვირაბში დაგეგმილია ჰადრონის კოლაიდერის აგება 100 ტევ-მდე ენერგიით LHC-ის ინჟექტორის გამოყენებით.

2014 წლის თებერვალში CERN-მა წამოიწყო FCC პროექტი, რათა შეესწავლა მომავალი ლეპტონის, ჰადრონისა და ელექტრონ-იონის კოლაიდერების FCC-ee, FCC-hh, FCC-eh. მიზანია ამაჩქარებლების და დეტექტორების კომპლექსის კონცეპტუალური ფიზიკური დიზაინის (CDR - Conceptual Design Report) გამოქვეყნება 2018 წლის შუა რიცხვებისთვის. პროექტში მონაწილეობს რამდენიმე ათეული სამეცნიერო ორგანიზაცია მთელი მსოფლიოდან, მათ შორის 4 რუსული ცენტრი: JINR, MEPhI, SINP MSU, BINP SB RAS.

2015 წლის დეკემბერში ცნობილი გახდა, რომ შემდგომი განვითარებისთვის ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის ძირითად ვერსიად იქნა არჩეული ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის პროექტი. გ.ი.ბუდკერა.

2020 წლის ივნისში, CERN-ის მთავარმა საბჭომ დაამტკიცა ნაწილაკების ფიზიკის ევროპული სტრატეგია 2020[en]. სტრატეგია  აცხადებს ჰიგსის ქარხნის ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის მშენებლობას მაღალ პრიორიტეტად, ხოლო შემდეგი პრიორიტეტია პროტონ-პროტონის კოლაიდერი მაქსიმალური ენერგიით. დოკუმენტი რეკომენდაციას უწევს ევროპას, საერთაშორისო თანამშრომლობით, შეიმუშაოს პროექტი პროტონ-პროტონული კოლაიდერის 100 ტევ ენერგიით, ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის აგებით, როგორც პირველი ეტაპი.

აღწერა

100 კმ პერიმეტრის მქონე კოლაიდერი განთავსდება გვირაბში პრე-ალპებსა და იურას შორის, რომელიც მოიცავს მთა სალევის მასივს.

FCC-ee ენერგიის დიაპაზონი არის 45 გევ-დან 175 გევ-მდე, რაც საშუალებას მისცემს დეტალური შესწავლა Z-, W-, ჰიგსის ბოზონებისა და ტ-კვარკების თვისებების შესახებ. სიკაშკაშე, ენერგიის მიხედვით, მერყეობს 8×1036 სმ−2ს−1-დან 7×1034 სმ−2ს−1-მდე.

FCC-hh-ის ენერგიამ შეიძლება მიაღწიოს 100 ტევ-ს, თუ 20 T ველის მქონე მაგნიტების წარმოება საიმედოდ იქნება ათვისებული, რაც მოითხოვს HTSC კაბელების ფართო გამოყენებას. სიკაშკაშე სავარაუდოდ იქნება 5×1034 სმ−2ს−1. ამ ინსტალაციის მთავარი მიზანია ახალი ენერგიების სფეროში ფიზიკური ფენომენების მოძიება სტანდარტული მოდელის მიღმა.

იხ. ვიდეო - Future Circular Colliders

კრიტიკა

FCC-ის მიერ შემოთავაზებული ნაწილაკების ამაჩქარებელი გააკრიტიკეს ხარჯების გამო, ამ პროექტის ენერგეტიკული სასაზღვრო ჰადრონული კოლაიდერის (FCC-hh) ვარიანტის ღირებულება 20 მილიარდ აშშ დოლარზე მეტია დაგეგმილი.

თეორიულმა ფიზიკოსმა საბინე ჰოსენფელდერმა გააკრიტიკა შესაბამისი სარეკლამო ვიდეო ფიზიკაში ღია პრობლემების ფართო სპექტრის ასახვის გამო, მიუხედავად იმისა, რომ ამაჩქარებელს, სავარაუდოდ, მხოლოდ მათი მცირე ნაწილის გადაჭრის პოტენციალი ექნება. მან აღნიშნა, რომ (2019 წლის მდგომარეობით) არ არსებობს „არავითარი მიზეზი, რომ ახალი ფიზიკური ეფექტები, როგორიცაა ბნელი მატერიის შემადგენელი ნაწილაკები, ხელმისაწვდომი იყოს მომდევნო უფრო დიდ კოლაიდერზე“. კოსმოლოგიური მუდმივის, LIGO-ს ხმაურის და პულსარის დროის შესახებ ექსპერიმენტული მონაცემების კვლევა აჩვენებს, რომ ნაკლებად სავარაუდოა, რომ არსებობდეს რაიმე ახალი ნაწილაკები, რომელთა მასები ბევრად აღემატება სტანდარტულ მოდელს ან LHC-ს. თუმცა, სხვა კვლევებმა ასევე აჩვენა, რომ კვანტური გრავიტაცია ან პერტურბაციული კვანტური ველის თეორია ძლიერად დაწყვილდება 1 PeV-მდე, რაც გამოიწვევს სხვა ახალ ფიზიკას TeV-ებში.

ამ კრიტიკაზე გამოხმაურება მოჰყვა როგორც ფიზიკურ საზოგადოებას, ასევე ფილოსოფოსებს და მეცნიერების ისტორიკოსებს, რომლებიც ხაზს უსვამდნენ ნებისმიერი მომავალი ფართომასშტაბიანი კოლაიდერის საძიებო პოტენციალს. დეტალური ფიზიკის განხილვა შედის FCC კონცეპტუალური დიზაინის მოხსენების პირველ ტომში. ჯან ჯიუდისმა, CERN-ის ფიზიკის დეპარტამენტის ხელმძღვანელმა დაწერა ნაშრომი "მაღალი ენერგიის კოლაიდერების მომავალზე", ხოლო სხვა კომენტარები მოვიდა ჯერემი ბერნშტეინმა, ლიზა რენდალმა, ჯეიმს ბიჩამმა,  ჰარი კლიფმა და ტომაზო დორიგომ. სხვათა შორის. CERN Courier-ისთვის მიცემულ ინტერვიუში თეორეტიკოსმა ნიმა არკანი-ჰამედმა აღწერა პოსტ-LHC კოლაიდერის კონკრეტული ექსპერიმენტული მიზანი: „მიუხედავად იმისა, რომ არ არსებობს არანაირი გარანტია, რომ ახალ ნაწილაკებს გამოვიმუშავებთ, ჩვენ აუცილებლად სტრესის ტესტირებას მოვახდენთ ჩვენს არსებულ კანონებს. ექსტრემალური გარემო, რომელიც ჩვენ ოდესმე გამოვიკვლიეთ. თუმცა, ჰიგსის თვისებების გაზომვა გარანტირებულია უპასუხებს ზოგიერთ მწვავე კითხვას. ჰიგსის ქარხანა გადამწყვეტ პასუხს გასცემს ამ კითხვას ჰიგსის დაწყვილების ზუსტი გაზომვებით. სხვა ნაწილაკები ძალიან სუფთა ექსპერიმენტულ გარემოში.“  უფრო მეტიც, ამ დებატებზე იყო გარკვეული ფილოსოფიური პასუხი, განსაკუთრებით ერთ-ერთი მიქელა მასიმისგან, რომელიც ხაზს უსვამდა მომავალი კოლაიდერების საძიებო პოტენციალს: „მაღალი ენერგიის ფიზიკა ლამაზად ასახავს სხვა გზას. პროგრესზე ფიქრი, სადაც პროგრესი იზომება ცოცხალი შესაძლებლობების გამორიცხვით, მაღალი ნდობის დონით (95%) გარკვეული ფიზიკურად წარმოუდგენელი სცენარების გამორიცხვით და ამ გზით იმ სივრცის შედგენით, რაც შეიძლება ობიექტურად შესაძლებელი იყოს ბუნებაში. 99,9% ასე ვითარდება ფიზიკა და დანარჩენ დროში ვიღაც იღებს ნობელის პრემიას ახალი ნაწილაკის აღმოჩენისთვის.“

ხაზოვანი კოლაიდერების კვლევები

LHC-ის [HL-LHC] მაღალი განათების განახლება დამტკიცდა, რათა გააგრძელოს მისი მუშაობის ვადა 2030-იანი წლების შუა პერიოდამდე. განახლება ხელს შეუწყობს იშვიათი პროცესების გამოვლენას და გააუმჯობესებს სტატისტიკურ გაზომვებს.

მომავალი წრიული კოლაიდერის კვლევა ავსებს წინა კვლევებს ხაზოვანი კოლაიდერების შესახებ. კომპაქტური ხაზოვანი კოლაიდერი (CLIC) 1985 წელს CERN-ში გაუშვა. CLIC იკვლევს მაღალი ენერგიის (3 ტევ-მდე), მაღალი განათების ლეპტონის (ელექტრონის/პოზიტრონის) კოლაიდერის მიზანშეწონილობას.

საერთაშორისო ხაზოვანი კოლაიდერი არის CLIC პროექტის მსგავსი, დაგეგმილი აქვს შეჯახების ენერგია 500 გევ. მან წარმოადგინა თავისი ტექნიკური დიზაინის ანგარიში 2013 წელს. 2013 წელს ორმა კვლევამ ჩამოაყალიბა ორგანიზაციული პარტნიორობა, Linear Collider Collaboration (LCC) ხაზოვანი კოლაიდერის გლობალური განვითარების სამუშაოების კოორდინაციისა და წინსვლის მიზნით.