Fysikere diskuterer utsiktene til en 100 TeV-kollider • Igor Ivanov • Vitenskapsnyheter om "Elementene" • LHC, CERN, Planer for fremtiden

Fysikere diskuterer utsiktene til en 100 TeV-kollider

Den mulige plasseringen av 80-100 kilometer tunnelen for den nye 100-TeV protonkollideren som de langsiktige utsiktene for utviklingen av CERN kan knyttes til. Bilde fra press.web.cern.ch

I dag, på CERN og ved Universitetet i Genève ble det holdt to vitenskapelige konferanser på en gang viet til fremtidige collider med svært høye energier, opptil 100 TeV. En av dem ble utført innenfor rammen av et nylig lansert program på CERN for å studere de tekniske aspektene av fremtidige prosjekter av ringkollider. En annen konferanse som gikk foran den, fokuserte på de vitenskapelige mulighetene som ville bli tilgjengelige når energien til protonkollisjoner økte med nesten en størrelsesorden.

La oss kort skissere situasjonen som utvikler seg i partikkelfysikk nå, etter den første treårige økten i Large Hadron Collider.

I midten av 2000-årene var fysikere veldig optimistiske. Mange av dem uttrykte håp om at de første årene og til og med månedene av LHC-arbeidet vil gi nye funn: fødsel og forfall av nye partikler og uvanlige fenomener, påvisning av supersymmetri eller annen teori utover standardmodellen.Disse håpene var ikke ubegrunnede: Nye fenomener på en energiskala av 1 TeV-ordningen kunne føre til naturlige svar på noen teoretiske spørsmål.

Men regnbueforventningene ble ikke bekreftet. I dag er bare Higgs boson åpen og alle dens målte egenskaper er i samsvar med standard Higgs boson. Verken supersymmetri, eller andre betydelige avvik fra standardmodellen, er ennå ikke funnet. Alt dette tillater ikke fysikere å nærme seg hovedmålet – å trenge inn et enda nivå dypere i å forstå materiellets struktur.

Selvfølgelig forblir teoretikere ikke inaktiv. De altfor optimistiske scenariene til supersymmetri og andre teorier lukker, men dette lukker ikke ideene selv. Hvis tidligere hovedvekten var på nye fysiske fenomener på en energiskala på ca. 1 TeV, blir varianter i stor grad studert, hvor avvik bare blir observert ved energier med titalls TeV. Slike teorier er nesten ikke skiller seg fra Standardmodellen på Large Hadron Collider, men med en betydelig økning i energi kan de føre til slående effekter. Det er derfor, i det siste, at fysikernes ønske om å øke energien til kollisjoner radikalt, har blitt stadig tydeligere.

Som nevnt i en av rapportene, er æra garantert funn i elementær partikkelfysikk er over. Det er ikke kjent med hvilke energier og i hvilke prosesser den nye fasetten til vår verden vil vises. Selvfølgelig kan det vise seg at med økende energi og lysstyrke, vil LHC fortsatt finne noen manifestasjon av New Physics, men mest sannsynlig vil den være liten. Nobelprisen kan bringe en slik oppdagelse, men det vil ikke fungere i detalj for å studere denne effekten. Og hvis vi virkelig ønsker å studere naturen og flytte inn i tidligere utilgjengelige områder, så vil fysikere etter et par tiår, etter at LHC-evner har blitt oppbrukt, trenge en ny collider med nye evner. Denne collideren må planlegges nå, og for dette må fysikere ha en klar ide om hva hvert prosjekt er i stand til.

CERNs hovedinteresse i forhold til langsiktig utvikling er nå det neste prosjektet. Det er planlagt å grave opp en ny 80-100 km lang ringtunnel i Frankrike og Sveits (se figur), som vil inneholde en ny protonkollider med en energi på 100 TeV. Det forventes at teknologien for å skape elektromagneter vil tillate den tiden å øke magnetfeltet med minst 2 ganger, noe som vil gjøre det mulig å holde protoner av slike høye energier i bane.Selvfølgelig er det samtidig tekniske vanskeligheter knyttet til energibruk og sikkerheten til installasjonen, og grupper av spesialister vil arbeide med disse problemene. Gjennomføringen av en slik installasjon vil ta ca. 20 år. Derfor, hvis denne collider er planlagt å bli lansert etter LHC (det vil si i området 2035-2040), er det nødvendig å jobbe med det nå. En variant blir også studert der en elektron-positron-akselerator først vil bli installert på en liten energi, noe som er teknisk enklere å lage, og da vil det bli erstattet av en 100-prot proton.

Hva skal fysikere bli styrt av ved slike energier? Først, den direkte oppdagelsen av nye tunge partikler, hvis masse kan nå titalls TeV. For det andre kan nye lyspartikler (for eksempel nye Higgs bosoner) som ikke er født på LHC, forekomme i dataene på grunn av den lille sannsynligheten for denne prosessen. Estimatene som presenteres på konferansen viser at denne muligheten er realisert i mange nåværende versjoner av teorier.

For det tredje, selv om ingen nye partikler blir oppdaget, har vi fortsatt en dårlig studert Higgs boson.Hvis vi fokuserer på en protonkollider med en energi på 100 TeV, blir Higgs bosons født der av mange tusen per dag, noe som betyr at det blir mulig å studere det i detalj. Siden Higgs boson blir en vanlig partikkel, vil målet ikke bare være å se det i dataene, men for å oppdage noen uvanlige prosesser med deltakelse. Disse kan være eksotiske nedfall, fødsel av flere Higgs bosoner, usynlige nedfall i Higgs boson, som vil hinne på forbindelsen med mørke partikkelpartikler osv. Vurderinger gjort i en av rapportene gir håp om å finne uvanlige nedfall med mindre enn en sannsynlighet millioner. Dermed vil Higgs boson bli forvandlet fra en ende i seg selv til et verktøy for å studere fysikk.

De to siste konferansene var bare det første trinnet i CERNs femårige program for å studere fremtidige collider. Nå vil flere grupper av spesialister begynne å studere tett et stort sett teoretiske og eksperimentelle muligheter, og om et år forventes det nye arbeidsmøtet. Parallelt vil høsten 2014 et stort prosjekt bli utarbeidet for det nye europeiske forskningsprogrammet for neste femårige Horizon 2020.I 2018, ved slutten av programmet, forventes den første omfattende tekniske rapporten om mulighetene som er studert. Sammen med de nye LHC-dataene, vil det gjøre det mulig å bestemme de spesifikke trinnene for den videre tekniske utviklingen av CERN.


Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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