Fiziki razpravljajo o možnostih za 100-TeV kolider • Igor Ivanov • Znanstvene novice o "Elementih" • LHC, CERN, načrti za prihodnost

Fiziki razpravljajo o perspektivah 100 TeV kolajderja

Možna lokacija tunela 80-100 kilometrov za novega protonskega kolektorja 100-TeV, s katerim je mogoče povezati dolgoročne možnosti za razvoj CERN-a. Slika iz press.web.cern.ch

Nekega dne, v CERN-u in na univerzi v Ženevi, sta bila naenkrat namenjena dvema znanstvenima konferencama, namenjenim prihodnjim kolektorjem z zelo visokimi energijami do 100 TeV. Eden od njih je bil izveden v okviru nedavno ustanovljenega programa v CERN-u, kjer je preučeval tehnične vidike prihodnjih projektov obročnih kolesnikov. Druga konferenca, ki je bila pred njo, se je osredotočila na znanstvene možnosti, ki bi postale na voljo, ko se je energija protonskih trkov povečala skoraj za redom.

Na kratko opozarjamo na stanje, ki se razvija v fiziki delcev zdaj, po prvem triletnem zasedanju Large Hadron Collider.

Sredi leta 2000 so bili fiziki zelo optimistični. Mnogi od njih so izrazili upanje, da bodo v prvih letih in celo mesecih dela LHC prišlo do novih odkritij: rojstva in razpadanja novih delcev ter nenavadnih pojavov, odkrivanja supersimetrije ali druge teorije izven standardnega modela.Ti upi niso bili neutemeljeni: novi pojavi na energetski lestvici reda 1 TeV bi lahko pripeljali do naravnih odgovorov na nekatera teoretična vprašanja.

Ampak pričakovanja v mavrici niso bila potrjena. Danes je odprt samo Higgsov bozon in vse njegove izmerjene lastnosti so v skladu s standardnim Higgsovim bozonom. Niti supersimetrija niti nobena druga pomembna odstopanja od standardnega modela še niso bila ugotovljena. Vse to ne dopušča, da bi fiziki pristopili k glavnemu cilju – prodreti še en nivo globlje v razumevanje strukture snovi.

Seveda teoretiki ne ostanejo brezhibni. Preveliko optimistični scenariji supersimetrije in drugih teorij so zaprti, toda ideje ne zapirajo same. Če je bil prej glavni poudarek na novem fizičnem pojavu v energetski lestvici približno 1 TeV, se sedaj zelo raziskujejo variante, pri katerih odstopanja postanejo opazna le pri energijah več deset TeV. Takšne teorije se skoraj ne razlikujejo od standardnega modela pri Large Hadron Collider, vendar s precejšnjim povečanjem energije lahko povzročijo presenetljive učinke. Zato je v zadnjem času želja fizikov, da radikalno povečajo energijo trkov, vedno bolj očitna.

Kot je navedeno v enem od poročil, dobi zajamčeno odkritja v fizikaliji elementarnih delcev so konec. Ni znano, s kakšnimi energijami in v kakšnih procesih se bo pojavil novi vidik našega sveta. Seveda se lahko zgodi, da bo LHC z naraščajočo energijo in svetlobo še vedno našel nekaj izraza nove fizike, vendar bo verjetno majhen. Nobelova nagrada lahko prinese takšno odkritje, vendar ne bo podrobno raziskala tega učenja. In če resnično želimo preučiti naravo in se preseliti v prej nedostopna območja, potem po nekaj desetletjih, potem ko so zmogljivosti LHC izčrpane, bodo fiziki potrebovali novega kolektorja z novimi zmožnostmi. Zdaj moramo načrtovati to koledarja, fiziki pa morajo imeti jasno predstavo o tem, kaj je vsak projekt sposoben.

Glavni interes CERN-a v smislu dolgoročnega razvoja je zdaj naslednji projekt. V Franciji in Švici je predvideno odkopanje novega obročnega tunela v dolžini 80-100 km (glej sliko), v katerem bo nastanjen nov protonski kolektor z energijo 100 TeV. Pričakuje se, da bo tehnologija ustvarjanja elektromagnetov do takrat omogočila povečanje magnetnega polja vsaj 2-krat, kar bo omogočilo, da se v orbito zadržijo protoni takšnih visokih energij.Seveda hkrati obstajajo tehnične težave, povezane z izpustom energije in varnostjo instalacije, in skupine strokovnjakov bodo delovale na teh vprašanjih. Izvajanje takšne naprave bo trajalo približno 20 let. Zato, če je ta kolektor načrtovan za lansiranje po LHC (to je v regiji leta 2035-2040), je treba zdaj delati na njem. Raziskuje se tudi različica, v kateri bo najprej poslan elektronski positronski pospeševalnik na majhno energijo, ki bo tehnično lažje izdelati, nato pa bo nadomeščena s protonom 100-tev.

Kaj morajo fiziki voditi pri takih energijah? Prvič, neposredno odkrivanje novih težkih delcev, katerih masa lahko doseže desetine TeV. Drugič, novi lahki delci (na primer novi Higgsovi bozoni), ki niso bili rojeni na LHC, se lahko pojavijo v podatkih zaradi majhne verjetnosti tega procesa. Ocene, predstavljene na konferenci, kažejo, da se ta možnost uresničuje v številnih trenutnih različicah teorij.

Tretjič, čeprav ni odkritih novih delcev, imamo še vedno slabo preučevan Higgsov bozon.Če se osredotočimo na protonski kolektor z energijo 100 TeV, se bodo tam Higgsovi bozoni tam rojeni na tisoče na dan, kar pomeni, da ga bo mogoče podrobno preučiti. Ker bo Higgsov bozon postal navaden delec, bo cilj tega, da ga ne bodo videli v podatkih, temveč odkriti nekaj nenavadnega procesa s svojo udeležbo. To so lahko eksotične razpadi, rojstvo več Higgsovih bozonov, nevidne razpade Higgsovega bozona, ki bodo nakazovali na njeno povezavo z delci črne snovi itd. Ocene v enem od poročil dajejo upanje za iskanje nenavadnih razpadov z manj kot eno verjetnostjo milionitega Tako bo Higgsov bozon s samega sebe preoblikoval v orodje za študij fizike.

Pretekli dve konferenci sta bili le prvi korak petletnega programa CERN za študij prihodnjih kolajnikov. Zdaj bo več skupin strokovnjakov začelo podrobno proučevati širok nabor teoretičnih in eksperimentalnih možnosti, in približno leto dni se pričakuje njihovo novo delovno srečanje. Vzporedno, do jeseni 2014 bo pripravljen velik projekt za nov evropski raziskovalni program za naslednjo petletno Obzorje 2020.Leta 2018 se pričakuje prvo celovito tehnično poročilo o preučenih možnostih do konca programa. Skupaj z novimi podatki LHC bo omogočil določitev posebnih korakov za nadaljnji tehnični razvoj CERN-a.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: