Fizičari razgovaraju o izgledima za 100 udarača TeV-a • Igor Ivanov • Znanstvene vijesti o "Elementima" • LHC, CERN, Planovi za budućnost

Fizičari raspravljaju o izgledima 100-teškog sudara

Moguće mjesto tunela od 80 do 100 kilometara za novi 100-TeV protonskog sudara s kojim se mogu povezati dugoročni izgledi za razvoj CERN-a. Slika tvrtke press.web.cern.ch

Drugi dan, u CERN-u i na Sveučilištu u Ženevi, održane su dvije znanstvene konferencije odjednom posvećene budućim sudaru s vrlo visokom energijom, do 100 TeV. Jedan od njih proveden je u okviru nedavno pokrenutog programa na CERN-u za proučavanje tehničkih aspekata budućih projekata prstenastih sudara. Druga konferencija koja ju je prethodila bila je usredotočena na znanstvene mogućnosti koje će postati dostupne kada se energija protonskih sudara povećala za gotovo red veličine.

Ukratko ćemo opisati situaciju koja se razvija u fizici čestica sada, nakon prve trogodišnje sjednice Large Hadron Collider-a.

Sredinom 2000-ih, fizičari su bili vrlo optimistični. Mnogi od njih izrazili su nadu da će prve godine, pa i mjeseci rada LHC-a donijeti nova otkrića: rođenje i propadanje novih čestica i neobičnih pojava, otkrivanje supersimetrije ili druge teorije izvan standardnog modela.Ove nade nisu bile neutemeljene: novi fenomeni na energetskoj skali od reda 1 TeV mogli bi dovesti do prirodnih odgovora na neka teorijska pitanja.

Ali očekivanja duga nisu potvrđena. Danas je samo Higgs boson otvoren i sva njegova izmjerena svojstva su u skladu s standardnim Higgs bozonom. Niti supersimetrija ni druga značajna odstupanja od standardnog modela nisu pronađena. Sve to ne dopušta fizičarima pristup glavnom cilju – prodrijeti još jednu razinu dublje u razumijevanje strukture materije.

Naravno, teoretičari ne ostaju u stanju mirovanja. Pretjerano optimistični scenariji supersimetrije i drugih teorija zatvaraju se, ali to ne zatvara same ideje. Ako je ranije glavni naglasak bio na novim fizičkim pojavama u energetskoj skali od oko 1 TeV, sada se široko proučavaju varijante u kojima se odstupanja mogu primjetiti samo na energijama desetaka TeV. Takve teorije gotovo se ne razlikuju od Standardnog modela na Large Hadron Collideru, ali s značajnim povećanjem energije mogu dovesti do upečatljivih učinaka. Zato je u posljednje vrijeme sve više očigledna želja fizičara da radikalno povećavaju energiju sudara.

Kao što je navedeno u jednom izvještaju, ovo doba zajamčena otkrića u fizici elementarne čestice su gotovi. Nije poznato koje energije i u kojim procesima će se pojaviti novi aspekt našega svijeta. Naravno, može se pokazati da s povećanjem energije i svjetlosti, LHC će i dalje naći neku manifestaciju nove fizike, ali najvjerojatnije će to biti mala. Nobelova nagrada može donijeti takvo otkriće, ali neće detaljno proučiti taj učinak. A ako zaista želimo proučiti prirodu i preseliti se u prethodno nedostupna područja, nakon nekoliko desetljeća, nakon što su iscrpljene LHC sposobnosti, fizičari će trebati novi sudar s novim mogućnostima. Ovaj sudoper treba planirati sada, a za to, fizičari moraju imati jasnu predodžbu o tome što svaki projekt može.

Glavni interes CERN-a u pogledu dugoročnog razvoja sada je sljedeći projekt. Planira se iskopati novi tunel prstenova od 80-100 km u Francuskoj i Švicarskoj (vidi sliku), koji će uložiti novi protonski sudara s energijom od 100 TeV. Očekuje se da će tehnologija stvaranja elektromagneta omogućiti do tog vremena povećanje magnetskog polja najmanje 2 puta, što će omogućiti držanje protona takvih visokih energija u orbitu.Naravno, u isto vrijeme postoje tehničke poteškoće vezane uz oslobađanje energije i sigurnost instalacije, a skupine stručnjaka će raditi na tim pitanjima. Provedba takve instalacije trajat će oko 20 godina. Stoga, ako se ovaj sudarač planira pokrenuti nakon LHC-a (tj. U regiji 2035-2040), sada je potrebno raditi na tome. Također se proučava varijanta u kojoj će se u početku ugraditi akcelerator elektrona-pozitivnih na malu energiju, što će biti tehnički lakše napraviti, a zatim će biti zamijenjeno 100-tev protonom.

Što bi fizičari trebali voditi takvim energijama? Prvo, izravno otkriće novih teških čestica čija masa može doseći desetke TeV. Drugo, nove male svjetlosti (na primjer, novi Higgsovi bozoni) koji nisu rođeni na LHC-u mogu se pojaviti u podacima zbog male vjerojatnosti ovog procesa. Procjene prezentirane na konferenciji pokazuju da se ta mogućnost ostvaruje u mnogim aktualnim verzijama teorija.

Treće, čak i ako se ne otkriju nove čestice, još uvijek imamo slabo proučavani Higgs boson.Ako se usredotočimo na protonskog sudarača s energijom od 100 TeV, Higgsovi bozoni će se tamo roditi tisućama na dan, što znači da će biti moguće detaljno proučiti. Budući da će Higgsov bozon postati obična čestica, cilj će biti da ga ne vidimo samo u podacima, već da otkrijemo neki neobičan proces s njegovim sudjelovanjem. To mogu biti egzotični propadanja, rođenje nekoliko Higgsovih bozona, nevidljivo raspadanje Higgsovog bozona, koje će nagovijestiti njegovu povezanost s česticama tamne materije itd. Procjene u jednom od izvještaja pružaju nadu za pronalaženjem neobičnih propadanja s manje od jedne vjerojatnosti milijuna. Tako će Higgsov boks biti transformiran od samog kraja u alat za proučavanje fizike.

Posljednje dvije konferencije bile su samo prvi korak petogodišnjeg programa CERN-a za proučavanje budućih sudara. Sada će nekoliko timova stručnjaka početi detaljno proučavati veliki niz teorijskih i eksperimentalnih mogućnosti, a oko godinu dana očekuje se novi radni sastanak. Paralelno, do jeseni 2014. bit će pripremljen veliki projekt za novi europski istraživački program za idućih pet godina Horizon 2020.Do 2018. godine, do kraja programa, očekuje se prvo sveobuhvatno tehničko izvješće o mogućnostima studija. Zajedno s novim LHC podacima, omogućit će određivanje specifičnih koraka za daljnji tehnički razvoj CERN-a.


Like this post? Please share to your friends:

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