Международный линейный коллайдер ilc: жизнь после бак

13.09.2012 Наука и жизнь

Интернациональный коллектив, занимающийся проектом Международного линейного электрон-позитронного коллайдера ILC, представил итог собственного долгого труда – технический отчет, в котором дано полное описание будущего ускорителя.

Долгожданное открытие в 2012 году на Громадном адронном коллайдере (БАК) бозона Хиггса сразу же  подняло среди экспертов вопрос: а что делать дальше? Какова должна быть предстоящая стратегия научного исследования высоких энергий? Прежде всего, как дальше изучить сам бозон Хиггса?

Визуализация ускорительного туннеля ILC. Сверхпроводящий ускорительный резонатор (TESLA). Линейный ускоритель SLC в Стэнфорде (фото Peter Kaminski).‹ ›

Дело в том, что бозон Хиггса – не просто еще одна элементарная частица, это объект, на котором сходятся многие главные вопросы физики частиц. С одной стороны, его открытие завершает современную теорию элементарных частиц – Стандартную модель. Иначе, физики уже давно считают, что должна быть более неспециализированная  теория строения микромира, за пределами Стандартной модели, которую часто именуют «новая физика».Международный линейный коллайдер ilc: жизнь после бак

Серьёзным инструментом создания «новой физики»  и будет всестороннее изучение бозона Хиггса – как он рождается, взаимодействует с другими частицами, распадается, есть ли составной частицей?

БАК способен порождать много бозонов Хиггса, но не удобен для их изучения, потому, что в нем производится столкновение протонов, складывающихся из кварков и «склеивающих» их глюонов. В следствии происходит рождение солидного числа новых частиц – адронов. Они воображают сильную помеху, которая мешает найти весьма редко рождающийся и распадающийся бозон Хиггса и совершить правильные измерения.

Физики именуют это «нечистым» опытом. Помимо этого, в  соударении участвует лишь часть частиц, составляющих протон, следовательно, большинство энергии не употребляется.

Исходя из этого нужен ускоритель, оптимизированный под точное исследование и получение бозонов Хиггса – «хиггсовская фабрика». Разумеется, что сталкивать в нем нужно частицы, не имеющие внутренней структуры, при столкновении которых не рождается большое количество лишних частиц. На эту роль подходит  электрон-позитронный коллайдер (ЭПК).

И не смотря на то, что на нем бозоны Хиггса будут рождаться в 10-100 раз реже, чем на БАК, опыты будут «чистыми», что разрешит надежно их регистрировать.
Сейчас все ЭПК,  не считая SLC в Стэнфорде (США), были циклическими. В циклических ускорителях электронные и позитронные пучки смогут продолжительно двигаться по кругу, накапливая частицы и разгоняясь, а после этого неоднократно сталкиваться в местах пересечения пучков. Это разрешает весьма действенно с ними экспериментировать. Но позитроны и релятивистские электроны, двигающиеся по кривой линии, скоро теряют энергию за счет синхротронного излучения.

Эти утраты, сравнимые с энергопотреблением средней величины города, нужно непрерывно восполнять. Но неприятность не только в этом. Излучение ведет к нагреву стенок сверхпроводящих совокупностей, нарушая их работу, и к выделению из них газов в вакуумные камеры ускорителей.

Исходя из этого физики склоняются к необходимости построения линейного ЭПК. В нем электронные и позитронные пучки ускоряются на двух встречных прямолинейных участках и однократно сталкиваются. Наряду с этим утраты на излучение малы, что и разрешает очень сильно поднять энергию частиц.

Недочёт линейного коллайдера в однократном применении пучка, при котором взаимодействует только малая часть частиц.

Главным препятствием на пути построения линейных ускорителей до последнего времени была неприятность отсутствия оборудования, талантливого разогнать частицы до нужной энергии на дистанции приемлемого размера. Применение простых ускорительных секций потребовало установок длиной несколько сотню километров. Разработка в последние десятилетия сверхпроводящего ускорителя разрешила решить эту проблему, и главные разгонные участки будущего ЭПК будут иметь длину «всего» 11 км.

 

Первоначально проекты линейных ЭПК разрабатывались независимо в нескольких государствах. Но из-за их громадной стоимости, недоступной одной стране, в 2004 году проекты NLC (США), GLC (Япония) и TESLA (Германия)  были объединены в один, названный Интернациональный линейный коллайдер (International Linear Collider, ILC).  В его создании участвуют практически 2000 человек из 300 университетов и лабораторий в мире, а также  и из России.

Будущий ускоритель представляет собой огромное сооружение ценой 7,8 миллиардов долларов в стоимостях 2012 года, длиной практически 31 км и с потребляемой мощностью порядка 230 МВт. Он запланирован на энергию 500 ГэВ  с возможностью расширения до 1ТэВ (на начальной стадии планируется работа на 250 ГэВ). В оптимальном режиме сгустки позитронов и  электронов из 20 миллиардов частиц будут сталкиваться приблизительно 14 000 раз в секунду.

Это даст возможно 1,3 х 1014 (130 трлн.) электрон-позитронных столкновений в секунду.

Для реализации проекта осталось определиться с финансированием и местом. К настоящему времени из настоящих кандидатов осталась лишь Япония, которая готова разместить у себя коллайдер и покрыть 50 процентов затрат на постройку. По оптимистичным замыслам строительство возможно начато в 2016 году, а введение ускорителя в эксплуатацию случится во второй половине 20-ых годов двадцатьпервого века.

  

Возможности ILC уходят за рамки изучения бозона Хиггса. Дополняя БАК, ILC разрешит существенно увеличить поиски новой физики. Ожидается, что ILC займется изучением топ кварков, поисками кандидатов на роль частиц чёрной материи, проверкой ее связи и теории суперсимметрии с чёрной материей.

Имеется идеи поиска вторых исследований и измерений возможности при высоких энергиях объединения не сильный, электромагнитных, сильных и гравитационных сил, в одну единую универсальную силу.

Создатель: Алексей Понятов

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

Большой Адронный Коллайдер — как устроен и зачем он нужен


Похожие статьи, которые вам понравятся: