Medzinárodná kolaborácia publikovala návrh koncepcie budúceho kruhového urýchľovača v CERNe v ére po LHC

Kolaborácia Future Circular Collider (FCC) dnes poslala 15.1. na publikovanie návrh koncepcie budúceho kruhového urýchľovača. Ide o štvorzväzkový dokument, ktorý prezentuje rôzne možnosti pre ďalší veľký urýchľovač. Ukazuje na veľké fyzikálne príležitosti, ktoré ponúkajú urýchľovače s bezprecedentnou energiou a intenzitou a opisuje technické ťažkosti, cenu a časový rozvrh ich realizácie.

Náčrt budúceho kruhového urýchľovača (obrázok: CERN)

V priebehu ďalších dvoch rokov komunita časticovej fyziky vypracuje aktualizáciu Európskejstratégie pre časticovú fyziku, čím načrtne budúcnosť disciplíny za horizont Veľkého hadrónového urýchľovača (LHC). Plán do budúcnosti by mal konkrétne viesť k dôležitým rozhodnutiam ohľadne výskumu a vývoja v najbližších rokoch s výhľadom na postavenie urýchľovača, ktorý bude nástupcom LHC a dokáže významne posunúť naše poznanie hmoty a vesmíru.  Návrh koncepcie FCC je príspevkom k Európskej stratégii. Možnosť budúceho kruhového urýchľovača budedôkladne zvážená v priebehu aktualizácie stratégie spolu s ďalšou post-LHC alternatívou, ktorou je lineárny kolajder CLIC v CERNe.
Práce na návrhu FCC začali v r. 2014 ako dôsledok predchádzajúcej aktualizácie Európskejstratégie schválenej v máji 2013, ktorá ich odporučila z dôvodu, aby Európa bola “v pozícii navrhnúť ambiciózny projekt post-LHC urýchľovača v CERNe do termínu ďalšej aktualizácie stratégie”. FCC urýchľovač by produkoval zrážky elektrónov s pozitrónmi, protónov s protónmi a zrážky ťažkých iónov pri bezprecedentnej energii a intenzite zrážok s dodatočnou možnosťou elektrón-protónových a elektrón-iónových zrážok.
“Návrh koncepcie je pozoruhodný míľnik. Ukazuje úžasný potenciál FCC na zlepšenie nášho poznania fundamentálnej fyziky a na inovácie mnohých technológií so širokým dopadom na spoločnosť”, povedala generálna riaditeľka CERNu Fabiola Gianotti. “Projekt FCC predkladá nové náročné výzvy, pri ktorých by mohol veľmi dobre využiť skúsenosti, sústavu urýchľovačov a infraštruktúru v CERNe, ktoré sa rozvíjali viac ako polstoročie.” 

Objav Higgsovho bozónu na LHC otvoril nový smer výskumu, pretože Higgsov bozón by mohol byťkľúčom k novej fyzike. Detailné štúdium jeho vlastností je preto prioritou pre akýkoľvek budúci urýchľovač vysokých energií. Rôzne scenáre preskúmané v návrhu FCC ponúkajú jedinečné možnosti na štúdium Higgsovho bozónu. Okrem toho si experimentálne fakty vyžadujú, aby fyzika za Štandardným modelom vysvetlila pozorovanie tmavej hmoty a prebytok hmoty nad antihmotou. Nový kruhový urýchľovač by mal mimoriadny potenciál pre objav novej fyziky, ktorej hľadanie jeveľmi dôležité, ak chceme urobiť významný krok v našom porozumení vesmíru.
Návrh koncepcie pre FCC bol spojený s obrovským úsilím veľkej medzinárodnej kolaborácie. Kolaborácia bola podporovaná počas piatich rokov Európskou komisiou cez program Horizont 2020, má 1300 členov zo 150 univerzít, výskumných ústavov a priemyselných partnerov, ktorí sa aktívne podieľali na vypracovaní návrhu a na výskume a vývoji nových technológií potrebných napostupné vybudovanie a prevádzku možného budúceho kruhového urýchľovača.
“Konečným cieľom FCC je 100-kilometrový supravodivý protónový kruhový urýchľovač s energiou do 100 TeV, t.j. rádovo výkonnejší ako LHC”, povedal riaditeľ CERNu pre Urýchľovače a technológie Frédérick Bordry. “Časový harmonogram FCC predpokladá, že sa začne s elektrón-pozitrónovou verziou, presne tak ako bol LEP predchodcom LHC. Toto by umožnilo bohatývýskumný program na prospech celej komunity fyziky častíc v priebehu veľkej časti 21. storočia.”

Vďaka využitiu novej generácie supravodivých magnetov so silným poľom by protónový FCC urýchľovač ponúkol široké fyzikálne možnosti. Energie okolo 100 TeV by umožnili vysoko presné štúdium interakcií Higgsovho bozónu so sebou samým a dôkladné preskúmanie úlohy, ktorú zohráva narušenie elektroslabej symetrie v histórii vesmíru. Tiež by nám umožnil hľadať nové ťažké častice pri týchto bezprecedentne vysokých energiách s veľkou šancou na ich objav. Okrem toho by tiež zrážal ťažké ióny, čím by podporil bohatý program fyziky ťažkých iónov, ktorý sa zameriava na štúdium stavu hmoty v ranom vesmíre.
“Protónové urýchľovače sú už po niekoľko generácií tým pravým nástrojom na hľadanie novej fyziky pri najmenších škálach. Veľký protónový urýchľovač by predstavoval skok dopredu v tomto výskume a rozhodujúcou mierou by rozšíril fyzikálny program nad rámec výsledkov získaných na LHC a na potenciálnom elektrón-pozitrónovom urýchľovači,” povedal riaditeľ CERNu pre výskum a výpočty Eckhard Elsen.

Elektrón-pozitrónový urýchľovač s energiou 90 až 365 GeV s vysokou luminozitou by mohol byť prvým krokom. Takýto urýchľovač by bol výkonnou „továrňou na Higgsa” vďaka schopnosti registrovať nové, zriedkavé procesy a merať známe častice s doposiaľ najvyššou presnosťou. Tieto presné merania by poskytli vysokú citlivosť na možné malé odchýlky od očakávaní Štandardného modelu, ktoré sú signálmi novej fyziky.
Cena veľkého kruhového elektrón-pozitrónového urýchľovača by bola okolo 9 miliárd eur, vrátane 5 miliárd eur na stavebné práce na 100-kilometrovom tuneli. Tento urýchľovač by slúžil celosvetovej fyzikálnej komunite 15 až 20 rokov. Fyzikálny program by mohol začať do r. 2040 na konci prevádzky Vysokoluminozitného LHC. Odhadovaná cena supravodivého protónového urýchľovača, ktorý by následne využil ten istý tunel je okolo 15 miliárd eur. Tento urýchľovač by mohol začať prevádzku koncom päťdesiatych rokov tohto storočia.
Zložité nástroje, ktoré si vyžaduje časticová fyzika inšpirujú nové idey, inovácie a prelomové technológie, z ktorých majú prospech ďalšie oblasti výskumu a ktoré si napokon nájdu cestu do aplikácií s významným dopadom na znalostnú ekonomiku a spoločnosť. Budúci kruhový urýchľovač by poskytol mimoriadne príležitosti pre priemysel, pomáhajúc tak posunúť ďalej hranice technológií. Umožnil by tiež výnimočné vzdelávanie novej generácie výskumníkov a inžinierov.

Komentáre