Baru-baru ini, Pertubuhan Eropah untuk Penyelidikan Nuklear (CERN) mengemukakan reka bentuk konseptual untuk Future Circular Collider (FCC), yang seharusnya menggantikan Large Hadron Collider. Konsep ini merangkumi penciptaan terowong sepanjang 100 km di sekitar Geneva, di mana ia dirancang untuk meletakkan cincin pemecut secara berurutan untuk bekerja dengan rasuk pelbagai jenis: dari elektron hingga inti berat. Mengapa ahli fizik memerlukan collider baru, tugas apa yang akan diselesaikannya, dan peranan saintis dari Rusia dalam hal ini, seorang peserta dalam projek FCC, profesor Universiti Penyelidikan Nuklear Nasional MEPhI (NRNU MEPhI) Vitaly Okorokov kepada RIA Novosti.
- Vitaly Alekseevich, mengapa ahli fizik memerlukan Future Ring Collider?- Projek FCC adalah salah satu perkara terpenting dari edisi baru Strategi Eropah untuk Fizik Partikel, yang sedang dibentuk hari ini. Para saintis dari Rusia mengambil bahagian dalam projek antarabangsa dalam bidang sains asas ini, baik dalam penyelidikan di collider dan juga eksperimen bukan pemecut. Dalam fizik moden, dunia zarah unsur digambarkan oleh Model Standard - teori medan kuantum, yang merangkumi interaksi elektromagnetik, kuat dan lemah. Komposisi partikel asas dalam model ini disahkan sepenuhnya secara eksperimen dengan penemuan boson Higgs pada tahun 2012 di Large Hadron Collider (LHC). Walau bagaimanapun, jawapan kepada banyak persoalan penting, misalnya, mengenai sifat jirim gelap, tentang kemunculan asimetri jirim dan antimateri di Alam Semesta yang dapat dilihat, dan seterusnya, berada di luar ruang lingkup Model Piawai. Untuk mencari penyelesaian untuk masalah utama dalam fizik asas, para saintis merancang kompleks pemecut yang baru dan lebih kuat. - Tugas apa yang akan diselesaikan oleh Future Ring Collider? - Ini adalah pengukuran parameter Model Piawai dengan ketepatan yang tidak dapat dicapai sebelumnya, kajian terperinci mengenai peralihan fasa dan sifat jirim yang berlaku di Alam Semesta yang sangat awal dalam keadaan yang melampau, pencarian isyarat dari fizik baru di luar Model Piawai, termasuk zarah zat gelap. Dari sudut pandang fizik, sangat menarik untuk mengkaji sifat interaksi yang kuat pada tenaga ultrahigh dan mengembangkan teori yang menerangkannya - kromodinamik kuantum.- Tugas apa yang akan diselesaikan oleh Future Ring Collider? - Ini adalah pengukuran parameter Model Piawai dengan ketepatan yang tidak dapat dicapai sebelumnya, kajian terperinci mengenai peralihan fasa dan sifat jirim yang berlaku di Alam Semesta yang sangat awal dalam keadaan yang melampau, pencarian isyarat dari fizik baru di luar Model Piawai, termasuk zarah zat gelap. Dari sudut pandang fizik, sangat menarik untuk mengkaji sifat interaksi yang kuat pada tenaga ultrahigh dan mengembangkan teori yang menerangkannya - kromodinamik kuantum.- Tugas apa yang akan diselesaikan oleh Future Ring Collider? - Ini adalah pengukuran parameter Model Piawai dengan ketepatan yang tidak dapat dicapai sebelumnya, kajian terperinci mengenai peralihan fasa dan sifat jirim yang berlaku di Alam Semesta yang sangat awal dalam keadaan yang melampau, pencarian isyarat fizik baru di luar Model Piawai, termasuk zarah zat gelap. Dari sudut pandang fizik, sangat menarik untuk mengkaji sifat interaksi kuat pada tenaga ultrahigh dan mengembangkan teori yang menerangkannya - kromodinamik kuantum.sangat menarik untuk mengkaji sifat interaksi kuat pada tenaga ultrahigh dan mengembangkan teori yang menerangkannya - kromodinamik kuantum.sangat menarik untuk mengkaji sifat interaksi kuat pada tenaga ultrahigh dan mengembangkan teori yang menerangkannya - kromodinamik kuantum.- Apakah intipati teori ini?- Menurutnya, zarah-zarah yang disebut hadron, misalnya, proton dan neutron, mempunyai struktur dalaman yang kompleks yang dibentuk oleh quark dan gluon - zarah asas Model Piawai yang terlibat dalam interaksi yang kuat. Menurut konsep yang ada, quark dan gluon terkurung di dalam hadron dan, walaupun dalam keadaan yang melampau, boleh bebas kuasi hanya pada skala linear mengikut urutan ukuran inti atom. Ini adalah ciri utama interaksi yang kuat, yang telah disahkan oleh sebilangan besar kajian eksperimental dan teori. Walau bagaimanapun, mekanisme fenomena terpenting ini - pengurungan quark dan gluon (kurungan) - belum ditentukan. Selama beberapa dekad, masalah kurungan selalu dimasukkan dalam pelbagai senarai masalah utama fizik asas yang tidak dapat diselesaikan. Dalam kerangka projek FCC, dirancang untuk memperoleh data eksperimen baru dan maju secara signifikan dalam memahami sifat-sifat interaksi yang kuat, khususnya, kurungan.- Alat apa yang seharusnya dapat menyelesaikan masalah ini?- Pendekatan bersepadu digunakan untuk menjalankan program penelitian yang luas, yang mana proyek FCC meliputi dua tahap. Tahap pertama "FCC-ee" melibatkan penciptaan collider elektron-positron dengan tenaga pancaran dalam jarak antara 44 hingga 182,5 gigaelectronvolts. Pada peringkat kedua "FCC-hh" eksperimen akan dilakukan pada balok proton dan inti bertabrakan. Dalam kes ini, ia seharusnya mempercepat proton kepada tenaga 50 teraelectronvolts dan inti berat (plumbum) - hingga 19.5 teraelectronvolts. Ini adalah lebih daripada tujuh kali tenaga yang dicapai di kompleks operasi LHC yang paling berkuasa. Ia dirancang untuk menggunakannya, bersama dengan seluruh infrastruktur yang ada, untuk mendapatkan balok zarah-zarah yang dipercepat sebelum mereka dimasukkan ke dalam cincin utama 100 kilometer dari collider baru FCC-hh. Pembinaan pemecut elektron linier luaran dengan tenaga 60 gigaelectronvolts memungkinkan pelaksanaan program untuk kajian terperinci mengenai struktur dalaman proton menggunakan penyebaran elektron-proton inelastik dalam (FCC - eh).- Pembangunan dan pembinaan pemasangan tahap ini memerlukan beberapa dekad. Bilakah pembinaan akan dimulakan? Bilakah hasil saintifik pertama dijangka diperoleh?- Sekiranya konsep itu diadopsi, permulaan pelaksanaan program integral FCC dirancang sekitar tahun 2020. Pembinaan collider FCC-ee lepton akan memakan masa sekitar 18 tahun, dengan jangka masa kerja seterusnya sekitar 15 tahun. Ternyata jangka masa peringkat pertama adalah sekitar 35 tahun. Semasa operasi FCC-ee, persiapan tahap kedua projek akan dimulakan. Sesuai dengan konsepnya, dalam sepuluh tahun setelah berakhirnya operasi FCC-ee, itu akan dibongkar, cincin collider hadron akan dipasang, dan alat pengesan akan dipasang. Memperoleh data baru untuk sinar proton dan nuklear dirancang untuk pertengahan tahun 2060. Tempoh operasi FCC dengan pancaran proton dan nuklear dirancang selama kira-kira 25 tahun, dan jumlah keseluruhan peringkat kedua adalah sekitar 35 tahun. Oleh itu, diandaikan bahawa eksperimen di FCC akan berlanjutan hingga akhir abad ke-21. Projek ini akan benar-benar global.
Apa peranan saintis dari Rusia, khususnya, dari NRNU MEPhI dalam projek FCC?
- NRNU MEPhI, bersama dengan organisasi Rusia yang lain, secara aktif mengambil bahagian dalam projek FCC dan menjalankan kerja saintifik untuk program fizikal penyelidikan masa depan dan untuk kompleks pemecut.
Para saintis dari NRNU MEPhI memberikan sumbangan kepada konsep FCC, khususnya, dalam jilid pertama, yang berisi penerangan mengenai program fizikal umum untuk semua jenis rasuk yang dirancang, dan dalam jilid ketiga, yang dikhaskan untuk penyelidikan dengan sinar proton dan nuklear (FCC - hh).
- Beritahu kami dengan lebih terperinci
- Seperti disebutkan di atas, pada suhu yang sangat tinggi (beratus-ratus ribu kali lebih tinggi daripada di pusat Matahari) dan kepadatan tenaga, quark dan gluon dapat menjadi bebas kuasi pada skala nuklear, membentuk keadaan jirim baru, yang biasanya disebut plasma quark-gluon.
Perlanggaran pancaran proton dan pelbagai nukleus pada tenaga ultrahigh dari FCC-hh collider akan membolehkan mengkaji, khususnya, sifat kolektif bahan quark-gluon yang terbentuk semasa interaksi kedua-dua sistem besar (inti berat) dan kecil (proton-proton, proton-inti), memberikan syarat yang unik untuk mengkaji sifat keadaan banyak zarah.
Perancangan untuk FCC-hh, signifikan, berbanding LHC, peningkatan tenaga dan luminositi rasuk integral membuka kemungkinan baru secara kualitatif untuk mengkaji, misalnya, tingkah laku zarah asas paling berat Model Piawai - boson Higgs (kira-kira 125 kali lebih berat daripada proton) dan tark quark (lebih berat daripada proton kira-kira 175 kali) - dalam bahan quark-gluon yang panas dan padat, serta kemungkinan penggunaannya sebagai "probe" untuk menentukan sifat perkara ini.
Video promosi:
Pada musim panas 2014, semasa perbincangan di Institut Fizik Tenaga Tinggi. A. A. Logunov dari Pusat Penyelidikan Nasional "Institut Kurchatov" cadangan dikemukakan untuk menggunakan boson Higgs untuk mengkaji sifat-sifat bahan quark-gluon. Cadangan ini dimasukkan sebagai salah satu item dalam program penyelidikan dengan pancaran inti berat di FCC. Pada pendapat saya, arah ini sangat menarik bagi fizik interaksi yang kuat.
Kami hanya menyentuh beberapa aspek penyelidikan masa depan. Program ilmiah FCC sangat luas dan kerja di bawah projek ini sedang dijalankan.
