A fizikusok megvitatták a 100 TEV ütköztető kilátásait • Igor Ivanov • Tudományos hírek a "Elemekről" • LHC, CERN, Tervek a jövőre

A fizikusok megvitatták a 100 TEV ütköztető kilátásait

A 80-100 kilométeres alagút lehetséges elhelyezése az új 100-TeV proton-ütközőhöz, amellyel a CERN hosszú távú kilátásait lehet társítani. A press.web.cern.ch kép

Másnap a CERN-en és a Genfi Egyetemen két tudományos konferenciát tartottak egyszerre a nagy energiájú, akár 100 teV-ig terjedő jövőbeni gyalogosok számára. Az egyiket egy nemrégiben elindított CERN-program keretében végezték el, hogy megvizsgálják a gyűrűs ütközők jövőbeli projektjeinek technikai vonatkozásait. Egy másik konferencia, amely megelőzte, azokra a tudományos lehetőségekre összpontosított, amelyek akkor válnak elérhetővé, amikor a proton ütközések energiája majdnem nagyságrenddel megnövekedett.

Röviden bemutassuk a részecskefizikában kialakuló helyzetet, miután a Nagy Hadron-ütköző első hároméves ülése után.

A 2000-es évek közepén a fizikusok nagyon optimisták voltak. Sokan abban reménykedtek, hogy az LHC munkájának első évei és hónapjai új felfedezéseket fognak elérni: az új részecskék születése és bomlása, szokatlan jelenségek, a szuperszimmetria felismerése vagy egy másik, a standard modellen túlmutató elmélet.Ezek a remények nem voltak megalapozatlanok: az 1 TeV sorrendjének energiatartományában mutatkozó új jelenségek bizonyos elméleti kérdésekre adott természetes válaszokhoz vezethetnek.

De a szivárvány elvárásait nem erősítették meg. Ma már csak a Higgs-bozon van nyitva, és minden mért tulajdonsága megfelel a standard Higgs bozonnak. Sem a szupersimmetria, sem a standard modelltől való egyéb jelentős eltérések még nem találtak. Mindez nem teszi lehetővé a fizikusok számára, hogy közelítsék meg a fő célt -, hogy még egy mélyebbre hatoljanak az anyag szerkezetének megértésében.

Természetesen a teoretikusok nem maradnak tétlenek. A szuperszimmetria és más elméletek túlságosan optimista forgatókönyvei lezárulnak, de ez nem zárja le az ötleteket. Ha korábban nagyobb hangsúlyt fektettünk az új fizikai jelenségekre, körülbelül 1 TeV energiatartományban, akkor a változatokat széles körben tanulmányozzuk, ahol az eltérések csak tíz TeV energiájánál észlelhetők. Az ilyen elméletek szinte megkülönböztethetetlenek a nagyméretű hadronütköző standard modelljétől, de jelentős energiafelhasználással növelhetik a sztrájkoló hatásokat. Ezért vált egyre nyilvánvalóbbá a fizikusok azon vágya, hogy radikálisan növeljék az ütközések energiáját.

Amint azt az egyik riport, a korszak garantált az elemi részecskefizika felfedezéseinek vége. Nem ismeretes, hogy milyen energiák és milyen folyamatokban fog megjelenni világunk új aspektusa. Természetesen kiderülhet, hogy az LHC növekvő energiával és fényerejével az Új Fizika bizonyos megnyilvánulásait fogja találni, de valószínűleg kicsi lesz. A Nobel-díj ilyen felfedezést hozhat, de nem fog részletesen kidolgozni ezt a hatást. És ha igazán szeretnénk tanulmányozni a természetet, és áttérni a korábban megközelíthetetlen területekre, akkor néhány évtized után, miután az LHC képességek kimerültek, a fizikusoknak új, új képességekkel rendelkező ütközőkre van szükségük. Ezt a kapcsolót kell tervezni most, és ehhez a fizikusoknak világosan meg kell tudniuk, hogy az egyes projektek hogyan képesek.

A CERN fő érdeke a hosszú távú fejlődés szempontjából most a következő projekt. Egy új 80-100 km hosszú gyűrűs alagút tervezhető Franciaországban és Svájcban (lásd az ábrát), amely egy új, 100 TeV-os energiával rendelkező új protonsütközőt fog építeni. Várható, hogy az elektromágnesek létrehozásának technológiája addigra lehetővé teszi a mágneses mező legalább kétszeres növelését, ami lehetővé teszi, hogy az ilyen nagy energiájú protont az orbitussal tartsák.Természetesen ugyanakkor technikai nehézségek merülnek fel az energiafelszabadítással és a telepítés biztonságával kapcsolatban, és a szakértők csoportjai dolgoznak ezeken a kérdéseken. Egy ilyen telepítés végrehajtása körülbelül 20 évig tart. Ezért, ha az ütközőt az LHC (vagyis a 2035-2040-es évek környékén) elindítása után tervezik elindítani, akkor most rá kell dolgozni. Egy változatot is tanulmányoznak, amelyben először egy elektron-pozitron gyorsítót kis energiára telepítenek, ami technikailag könnyebb lesz, majd 100 tev proton helyett.

Mit kell a fizikusok irányítani ilyen energiákban? Először is, az új nehéz részecskék közvetlen felfedezése, amelynek tömege elérheti a tíz TeV értéket. Másodszor, az új kis részecskék (például az új Higgs bozonok), amelyek nem születtek az LHC-ben, megjelenhetnek az adatokban, mivel ez a folyamat kis valószínűsége. A konferencián bemutatott becslések azt mutatják, hogy ez a lehetőség az elméletek sok jelenlegi változatában valósul meg.

Harmadszor, még akkor is, ha nem találunk új részecskéket, még mindig van egy rosszul vizsgált Higgs bozon.Ha egy 100 TeV energiával rendelkező proton-ütközőre összpontosítunk, a Higgs bozonok naponta több ezer fővel fognak ott születni, ami azt jelenti, hogy részletesen meg lehet tanulni. Mivel a Higgs bozon rendes részecske lesz, a cél nem az, hogy egyszerűen meglátja az adatokat, hanem észrevesz valami szokatlan folyamatot részvételével. Ezek lehetnek egzotikus bomlások, több Higgs-bozon születése, a Higgs-bozon láthatatlan bomlása, amely a sötét anyagrészecskékkel való kapcsolatára utal. Az egyik riportban végzett felmérések reményt adnak arra, hogy szokatlan bomlást találjanak egynél kevesebb valószínűséggel millió. Így a Higgs bozont önmagában véve végsõvé válik a fizika tanulmányozására.

Az elmúlt két konferencia csak a CERN ötéves programjának első lépése volt a jövőbeli gyalogosok tanulmányozására. Most több szakembercsapat kezd alaposan tanulmányozni az elméleti és a kísérleti lehetőségek széles skáláját, és körülbelül egy éven belül várható új munkatársa. Ezzel párhuzamosan 2014 őszére elkészül egy nagy projekt az új európai kutatási program számára a következő ötéves Horizont 2020 programhoz.2018-ban, a program végére várhatóan az első átfogó technikai jelentés a vizsgált lehetőségekről. Az új LHC-adatokkal együtt lehetővé teszi a CERN további technikai fejlesztésének konkrét lépéseinek meghatározását.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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