CERNは、長さ100kmの未来のサイクリックコライダーに関するレポートを公開しました

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CERNは、長さ100kmの未来のサイクリックコライダーに関するレポートを公開しました
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Anonim
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CERNは、Future Circular Collider(FCC)の構造と計画された研究に関する4巻のレポートを公開しています。科学者は加速器の費用を90億ユーロと見積もっており、そのうち50億ユーロが100キロメートルのトンネルの建設に使われます。最初は、100テラエレクトロンボルトのオーダーのエネルギーを持つ電子と陽電子のビームが衝突型加速器で衝突しますが、その後、大型ハドロン衝突型加速器のように、陽子-陽子ビーム用に衝突型加速器が再装備されます。衝突型加速器の建設は2040年までに開始されます。科学者はレポートのテキストをEuropeanPhysical Journalに送信し、CERNの公式ウェブサイトにプレプリントを掲載しました。レポートについて簡単に報告されているのは、組織のプレスリリースです。

欧州原子核研究機構(CERN)によって建設された大型ハドロン衝突型加速器(LHC)は、2008年9月10日に運用を開始しました。それから10年が経過し、その間に衝突型加速器はいくつかの重要な発見をすることができました。特に、衝突型加速器はヒッグス粒子の存在を確認し、粒子の質量やその他のパラメータを測定しました。この発見のおかげで、素粒子の標準模型が完成しました。さらに、衝突型加速器は、テトラクォーク、ペンタクォーク、および二重チャームドバリオンを最初に取得し、光子による光子の散乱とクォークグルーオンプラズマの形成を観察しました。大型ハドロン衝突型加速器の発見について詳しくは、イゴール・イワノフのブログ「ハッピーバースデー、LHC!」の「衝突型加速器の第2シーズン」と「LHCの結果」(「要素」)のセクションをご覧ください。

残念ながら、LHCは科学者が標準模型を完成させるのを助けただけでなく、「新しい物理学」の探求者を苛立たせ、どの理論家が何十年もかけて取り組んだことを説明しました。事実、歴史的に素粒子物理学はエネルギーを増加させる方向に発展してきました。最初に、量子電気力学が構築されました。これは、数メガ電子ボルトのオーダーのエネルギーまでうまく機能します。次に、量子色力学(強い相互作用の理論)が追加されました。その特徴的なスケールは数百メガ電子ボルトです。最後に、電気力学は弱い相互作用と組み合わされました。弱い相互作用は、100ギガエレクトロンボルトのオーダーの質量を持つベクトルボソンによって運ばれます。理論によって予測された粒子がますます大きくなることが判明するたびに、それは低エネルギー理論の紫外発散を効果的に遮断することを可能にしました。したがって、物理学者は、新しい粒子が数テラエレクトロンボルト(百万の陽子質量)のスケールで再び現れることを期待し、そのような粒子が予測した多くのモデルを開発しました-たとえば、いくつかの超対称理論。現在、LHCでの陽子-陽子衝突のエネルギーは13テラエレクトロンボルトに達していますが、これらの衝突では新しい粒子は現れません。したがって、素粒子物理学は無期限の状態で「ハング」します。

新しい加速器はこれらの問題を修正することができ、粒子をさらに高いエネルギーに加速します。 2014年、CERNは、Future Circular Collider(FCC)と呼ばれるこのような加速器のプロジェクトを開始しました。組織は現在、このプロジェクトの見通しを調べ、その詳細を説明するレポートを公開しています。 150の大学から1,300人以上の科学者がこのレポートの作成に関与しました。このレポートは約5年間続きました。科学者によると、FCCはLHCの隣に建設され、トンネルの長さは100キロメートルを超えるとのことです。科学者によると、衝突型加速器の建設には約90億ユーロ(中央銀行の現在のレートで約7000億ルーブル)の費用がかかり、そのうち50億ユーロがトンネルの建設に使われます。

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ヨーロッパの地図上の衝突型加速器の位置

レポートのテキストは4巻で構成されています。第1巻では、科学者が現代の素粒子物理学の未解決の問題について議論し、FCCで行われる予定の発見の可能性について概説します。特に、物理学者は、FCCを使用して暗黒物質粒子と大量のニュートリノを見つけ、ヒッグスポテンシャルがどのように構造化され、どのプロセスによってヒッグス粒子の質量が発生するかを調べ、クォークグルーオンプラズマと相転移を理論で研究することを望んでいます。電弱相互作用。さらに、新しい衝突型加速器の助けを借りて、研究者たちは既知の粒子のパラメーターを改良することを計画しています-トップクォーク、ベクトルボソン、ヒッグスボソン。

物理学の第2巻では、電子陽電子衝突型加速器の構造と特性(将来の検出器、インダクター、セキュリティシステム)について詳しく説明しています。重心システムでの衝突のエネルギーは90〜365ギガ電子ボルトであり、衝突型加速器の光度は1秒あたり1036逆平方センチメートルを超えると想定されています。

第3巻では、陽子-陽子ビームの衝突のために衝突型加速器を改造する可能性が検討されています。この場合、衝突エネルギーは100テラエレクトロンボルトに達し、光度は-1035逆平方センチメートル/秒になります。

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将来の衝突型加速器での設置の配置の3次元図(縮尺どおりではありません)

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ハドロン(左)および電子-陽電子(右)衝突型加速器の図

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FCC用に設計されたインダクタ加算器のプロトタイプ

最後に、物理学の第4巻では、既存のLHCインフラストラクチャを使用するFCCの前身である大型ハドロン衝突型加速器(HE-LHC)の建設について説明します。このような衝突型加速器での衝突エネルギーはわずか27テラエレクトロンボルトに達しますが、それを構築する方がはるかに安価で高速です。コライダーを改造するために、彼らはFCCと同じ技術を使用します。プロジェクトのコンパイラーは、大型ハドロン高輝度衝突型加速器(HL-LHC)が動作を終了する2040年には実装を開始することを計画しています。

昨年6月に大型ハドロン衝突型加速器の近代化に着手し、その後、加速器の光度、つまり統計収集率が10倍になります。作業を容易にするため、12月に衝突型加速器を停止しました。理論的には、統計の蓄積により、理論家によって予測された巨大な粒子からの弱い信号が現れる可能性がありますが、衝突エネルギーは同じままであるため、新しいものを発見する確率はそれほど高くありません。

昨年11月、中国の物理学者は、将来の電子陽電子加速器CEPCの設計に関する詳細なレポートを発表し、その参加を得て実験を計画しました。特に、科学者たちは、ビームのエネルギーを240ギガ電子ボルトにし、加速器をヒッグス粒子工場に変えると発表しました。 FCCと同様に、CEPCトンネルの長さは100 kmを超え、将来的にはプロトン衝突型加速器に変わる可能性があります。したがって、FLLとCEPCの構築は、科学コミュニティ間の一種の競争に変わる可能性があります。

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