Recientemente, la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) presentó un diseño conceptual para el Futuro Colisionador Circular (FCC), que debería reemplazar al Gran Colisionador de Hadrones. El concepto implica la creación de un túnel de 100 km de longitud en las cercanías de Ginebra, en el que se prevé colocar secuencialmente anillos de acelerador para trabajar con haces de varios tipos: desde electrones hasta núcleos pesados. Por qué los físicos necesitan un nuevo colisionador, qué tareas resolverá y qué papel juegan los científicos de Rusia en esto, dijo un participante en el proyecto FCC, profesor de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI (NRNU MEPhI) Vitaly Okorokov a RIA Novosti.
- Vitaly Alekseevich, ¿por qué los físicos necesitan el Future Ring Collider?- El proyecto FCC es uno de los puntos más importantes de la nueva edición de la Estrategia Europea de Física de Partículas, que se está formando hoy. Científicos de Rusia participan en proyectos internacionales en esta área de ciencia fundamental, tanto en investigación en colisionadores como en experimentos sin aceleradores. En la física moderna, el mundo de las partículas elementales es descrito por el llamado Modelo Estándar - teoría cuántica de campos, que incluye interacciones electromagnéticas, fuertes y débiles. La composición de las partículas fundamentales en este modelo se confirmó experimentalmente con el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Sin embargo, las respuestas a muchas preguntas importantes, por ejemplo, sobre la naturaleza de la materia oscura, sobre el surgimiento de la asimetría de materia y antimateria en el Universo observado, etc., están más allá del alcance del Modelo Estándar. Para encontrar soluciones a problemas clave de la física fundamental, los científicos están diseñando nuevos complejos aceleradores cada vez más potentes. - ¿Qué tareas resolverá el Future Ring Collider? - Esta es una medición de los parámetros del Modelo Estándar con una precisión inalcanzable antes, un estudio detallado de las transiciones de fase y propiedades de la materia que tienen lugar en el Universo muy temprano en condiciones extremas, una búsqueda de señales de nueva física fuera del Modelo Estándar, incluidas las partículas de materia oscura. Desde el punto de vista de la física, es muy interesante estudiar las propiedades de la interacción fuerte a energías ultraaltas y desarrollar una teoría que la describa: la cromodinámica cuántica.- ¿Qué tareas resolverá el Future Ring Collider? - Esta es la medición de los parámetros del Modelo Estándar con una precisión inalcanzable antes, un estudio detallado de las transiciones de fase y propiedades de la materia que tienen lugar en el Universo muy temprano en condiciones extremas, la búsqueda de señales de nueva física fuera del Modelo Estándar, incluidas las partículas de materia oscura. Desde el punto de vista de la física, es muy interesante estudiar las propiedades de la interacción fuerte a energías ultraaltas y desarrollar una teoría que la describa: la cromodinámica cuántica.- ¿Qué tareas resolverá el Future Ring Collider? - Esta es la medición de los parámetros del Modelo Estándar con una precisión inalcanzable antes, un estudio detallado de las transiciones de fase y propiedades de la materia que tienen lugar en el Universo muy temprano en condiciones extremas, la búsqueda de señales de nueva física fuera del Modelo Estándar, incluidas las partículas de materia oscura. Desde el punto de vista de la física, es muy interesante estudiar las propiedades de la interacción fuerte a energías ultraaltas y desarrollar una teoría que la describa: la cromodinámica cuántica. Es muy interesante estudiar las propiedades de la interacción fuerte a energías ultraaltas y desarrollar una teoría que la describa: la cromodinámica cuántica. Es muy interesante estudiar las propiedades de la interacción fuerte a energías ultraaltas y desarrollar una teoría que la describa: la cromodinámica cuántica.- ¿Cuál es la esencia de esta teoría?- Según él, las partículas llamadas hadrones, por ejemplo, protones y neutrones, tienen una estructura interna compleja formada por quarks y gluones, partículas fundamentales del Modelo Estándar involucradas en fuertes interacciones. Según los conceptos existentes, los quarks y gluones están confinados dentro de los hadrones e, incluso en condiciones extremas, pueden ser casi libres solo en escalas lineales del orden del tamaño de un núcleo atómico. Esta es una característica clave de una fuerte interacción, que ha sido confirmada por un gran número de estudios experimentales y teóricos. Sin embargo, el mecanismo de este fenómeno más importante, el confinamiento de quarks y gluones (confinamiento), aún no se ha determinado. Durante varias décadas, el problema del confinamiento se ha incluido invariablemente en todo tipo de listas de los principales problemas no resueltos de la física fundamental. En el marco del proyecto FCC, está previsto obtener nuevos datos experimentales y avanzar significativamente en la comprensión de las propiedades de las interacciones fuertes, en particular, el confinamiento.- ¿Qué herramientas se supone que resuelven estos problemas?- Se utiliza un enfoque integrado para llevar a cabo un amplio programa de investigación, según el cual el proyecto FCC incluye dos etapas. La primera etapa "FCC-ee" implica la creación de un colisionador electrón-positrón con un haz de energía en el rango de 44 a 182,5 gigaelectronvoltios. En la segunda etapa, se llevarán a cabo experimentos "FCC-hh" sobre haces de protones y núcleos en colisión. En este caso, se supone que acelera los protones a una energía de 50 teraelectronvoltios y núcleos pesados (plomo), hasta 19,5 teraelectronvoltios. Esto es más de siete veces las energías alcanzadas en el complejo operativo más poderoso del LHC. Está previsto utilizarlo, junto con toda la infraestructura existente, para obtener haces de partículas aceleradas antes de que se introduzcan en el anillo principal de 100 kilómetros del nuevo colisionador FCC-hh. La construcción de un acelerador de electrones lineal externo con una energía de 60 gigaelectronvoltios permitirá implementar un programa para un estudio detallado de la estructura interna de un protón utilizando una dispersión electrón-protón profundamente inelástica (FCC - eh).- El desarrollo y construcción de instalaciones de este nivel lleva décadas. ¿Cuándo comenzará la construcción? ¿Cuándo se espera obtener los primeros resultados científicos?- Si se adopta el concepto, se prevé el inicio de la implementación del programa integral de FCC hacia 2020. La construcción del colisionador de leptones FCC-ee llevará unos 18 años, con una duración de trabajo posterior de unos 15 años. Resulta que la duración de la primera etapa será de unos 35 años. Durante el funcionamiento de la FCC-ee se iniciará la preparación de la segunda etapa del proyecto. De acuerdo con el concepto, dentro de los diez años posteriores al final de la operación de FCC-ee, se desmantelará, se montará el anillo colisionador de hadrones y se instalarán detectores. La obtención de nuevos datos para haces de protones y nucleares está prevista para mediados de 2060. La duración de la operación de la FCC con haces de protones y nucleares está prevista en unos 25 años y la duración total de la segunda etapa es de unos 35 años. Por tanto, se supone que los experimentos en la FCC continuarán hasta finales del siglo XXI. Este proyecto será verdaderamente global.
¿Qué papel juegan los científicos de Rusia, en particular, de NRNU MEPhI en el proyecto FCC?
- NRNU MEPhI, junto con otras organizaciones rusas, participa activamente en el proyecto FCC y realiza trabajos científicos tanto para el programa físico de investigación futura como para el complejo acelerador.
Los científicos de NRNU MEPhI hicieron una contribución al concepto FCC, en particular, en el primer volumen, que contiene una descripción del programa físico general para todos los tipos de haces planificados, y en el tercer volumen, dedicado a la investigación con haces de protones y nucleares (FCC - hh).
norte
- Cuéntanos con más detalle, por favor
- Como se mencionó anteriormente, a temperaturas extremadamente altas (cientos de miles de veces más altas que en el centro del Sol) y densidades de energía, los quarks y gluones pueden volverse casi libres en escalas nucleares, formando un nuevo estado de la materia, que generalmente se denomina plasma de quarks y gluones.
Las colisiones de haces de protones y varios núcleos a energías ultraaltas del colisionador FCC-hh permitirán estudiar, en particular, las propiedades colectivas de la materia quark-gluón formada durante las interacciones tanto de sistemas grandes (núcleos pesados) como pequeños (protón-protón, protón-núcleo), proporcionando condiciones únicas para estudiar las propiedades de estados de muchas partículas.
El planeado para FCC-hh, significativo, en comparación con el LHC, aumento en la energía y luminosidad integral de los haces abre oportunidades cualitativamente nuevas para estudiar, por ejemplo, el comportamiento de las partículas fundamentales más pesadas del Modelo Estándar: el bosón de Higgs (aproximadamente 125 veces más pesado que un protón) y un quark t (más pesado que un protón unas 175 veces) - en materia de quark-gluón caliente y densa, así como su posible uso como "sondas" para determinar las propiedades de esta materia.
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En el verano de 2014, durante una discusión en el Instituto de Física de Altas Energías. AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Logunov, del Centro Nacional de Investigación "Instituto Kurchatov", presentó una propuesta para utilizar los bosones de Higgs para estudiar las propiedades de la materia de quarks-gluones. Esta propuesta fue incluida como uno de los ítems en el programa de investigación con haces de núcleos pesados de la FCC. En mi opinión, esta dirección es de considerable interés para la física de interacciones fuertes.
Solo hemos abordado algunos aspectos de la investigación futura. El programa científico de la FCC es muy extenso y el trabajo en este proyecto está en curso.
