ЦЕРН планирует построить новый ускоритель с протяженностью тоннеля в 100 км


    Источник: M.Brice/CERN

    ЦЕРН — европейская организация по ядерным исследованиям, которая представляет собой крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий. Располагается она на границе Швейцарии и Франции, рядом с Женевой. Именно ЦЕРН вместе с партнерами построил Большой адронный коллайдер. БАК помог совершить множество открытий, которые помогли ученым лучше понять строение микромира и законы, которые в этом мире царят.

    Сейчас ЦЕРН заявил о намерении построить новый ускоритель, размер которого в пять раз превысит размеры БАК. Протяженность тоннеля составит 100 километров. Называется новая система «Будущий кольцевой коллайдер» (Future Circular Collider, FCC). На днях ЦЕРН опубликовал проект о новом проекте, изложенный в четырех томах.

    Стоимость нового ускорителя оценивается в $9 млрд, из них $5 млрд уйдет на создание тоннеля протяженностью в 100 км. Ученые планируют достичь энергий элементарных частиц порядка 100 тераэлектронвольт. Изначально будут сталкивать электроны и позитроны, но затем коллайдер будет модифицирован и перенастроен на протон-протонные пучки (именно с ними работают в Большом адронном коллайдере).

    Несмотря на развернутость доклада и подготовку солидной технической базы, строительство нового коллайдера начнется не ранее 2040 года. Текст доклада уже отправлен в European Physical Journal, препринт выложен на официальном сайте ЦЕРН.

    Стоит отметить, что результаты работы БАК несколько удивили научное сообщество, поскольку многие специалисты ждали, что при достижении энергии частиц в несколько тераэлектронвольт в ускорителе будут возникать новые частицы. До БАК существовало множество работ, в которых предсказывалось появление различных частиц при энергиях указанного выше порядка. Но на практике этого не случилось — в БАК энергия столкновений частиц достигает 13 тераэлектронвольт, но новых частиц нет.

    Именно поэтому было решено построить еще более мощный коллайдер, который может разгонять элементарные частицы до энергий в сотни тераэлектронвольт. О проекте «Будущий кольцевой коллайдер» (Future Circular Collider, FCC) впервые было заявлено в 2014 году. Тогда ЦЕРН опубликовал лишь первые штрихи будущего проекта.

    Сейчас же проект анализируется более тщательно, работа по предварительному проектированию и анализу заняла более пяти лет. В разработке «Будущего кольцевого коллайдера» приняли участие 1300 ученых из более чем 150 университетов.



    Что касается доклада, то первый том посвящен вопросам современной физики микромира. Составители тома рассказывают о потенциале FCC, возможных открытиях, которые он поможет сделать. К примеру, ученые надеются обнаружить частицы темной энергии а также массивные нейтрино. Также физики надеются узнать, какова структура потенциала Хиггса, как и почему возникает масса бозона Хиггса. На FCC будут исследовать кварк-глюонную плазму и фазовые переходы в теории электрослабых взаимодействий. Возможно, коллайдер поможет уточнить параметры уже обнаруженных частиц, включая векторные бозоны, бозон Хиггса, топ-кварка.

    Второй том посвящен строению и характеристикам электрон-позитронного коллайдера. Речь идет о техническом проекте самой системы. Специалисты показывают, из каких элементов будет состоять ускоритель, включая детекторы частиц, катушки индуктивности, системы безопасности и т.п. Разработчики планируют довести энергию столкновений до параметров 90-365 гигаэлектронвольт. Светимость превысит 1036 обратных квадратных сантиметров на секунду.

    В третьем томе раскрываются подробности модификации коллайдера при переходе на протон-протонные пучки. В этом случае энергия столкновений достигнет 100 тераэлектронвольт со светимостью 1035 обратных квадратных сантиметров на секунду.

    Четвертый том раскрывает особенности функционирования Большого адронного коллайдера высоких энергий. Эта система — предшественник FCC, который, к тому же, базируется на существующей инфраструктуре БАК. Энергия столкновений на «промежуточном» коллайдере составит около 27 тераэлектронвольт (в два раза больше, чем у БАК), но на его создание понадобится гораздо меньше ресурсов.

    Сейчас БАК модернизируют, работы по преобразованию коллайдера в более мощную систему начались в прошлом году. Пока что БАК не работает, все работы на нем приостановлены. FCC планируют построить рядом с БАК, в окрестностях Женевы.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 62

      –9
      Печальные перспективы у физики
        –2
        Вот сразу интересно стало, а у кого нынче НЕ печальные пириспиктивы?
        У программистов что ли?) Да такая же батва ниразумная, такое же а-ля кольцо на кольцо и т.д.
        И так у всех, не?
          –13
          Программирование это просто инженерная дисциплина.
          Можно пообсуждать у каких наук в наше время есть перспективы. Ну наверно науки о жизни, та же биология и прочие ее ветви. Наверно наука о сознании. Такая есть вообще, или еще не создана?
          Физика как всеобъемлющая наука об устройстве мира с этими вопросами не справляется ну никак. И мало того, об устройстве мира уже почти как лет сто не говорит ничего нового, и вообще откровенно уходит от ответов.
          Да у религии больше перспектив чем у физики. Скорее Женеве гигантскую мечеть построят, чем новый суперколлайдер. Потому что религия пытается объяснять. Хотя и используя другой понятийный аппарат. Вот тут не надо бурю возмущений. Я специально указал, что «используя другой понятийный аппарат».
          Есть тяга к знаниям, и ее нельзя подавить. Но способность объяснения устройства мира продемонстрировала не только наука, но и религия. Вот сейчас опять помидоры полетят…
          Объяснения не обязательно должно быть правильным. Оно должно быть непротиворечивым. А познаваемость мира недоказуема, опять же в нынешнем естествознании.
            +9
            об устройстве мира уже почти как лет сто не говорит ничего нового, и вообще откровенно уходит от ответов.

            Это вам так кажется, что не говорит. Просто чтобы услышать, что именно она говорит, нужно отрастить соответствующий понятийный аппарат, что не всем под силу (да и не нужно). Тем не менее, обычно человек с в/о способен осознать, что, несмотря на непонятность современных научных текстов, они не являются белибердой, а при необходимости — найти доступное изложение по некоторым темам, чтобы удовлетворить свое любопытство.
              –4
              Человек с в/о должен осознать или поверить?
              Вот этому человеку www.rodon.org/sl/nsfvtsunichzes тоже надо понятийный аппарат отращивать?
              +3
              Не согласен с тем, что у физики меньше перспектив в объяснении устройства мира, чем у религии.
              Во-первых, религия не ставит такой задачи. У неё мир сотворён Богом, пути божьи неисповедимы, и стремиться к познанию тайны создания мира — грех. Кроме того, любая религия «заведует» своим богом, и её объяснения не устроят иных верующих и, тем более, всех атеистов.
              Во-вторых, физика описывает процессы в микро- и макро-мире, поэтому она объективно ближе к объяснению всего мироздания. И это обязательно случится в силу закона перехода количества знаний о мире в качество — в математически связанное описание всего мира.
              В-третьих, уже есть объяснение устройства мира, сделанное на основе главным образом физических знаний о нём. Но пока эти знания объединяются в общую систему лишь элементарной логикой, философскими рассуждениями (как в моём случае). Более инертная физическая наука движется в том же направлении.
                –3
                Я тоже не согласен, что у нее меньше перспектив. Но у нее может быть меньше востребованности. Чем у религии, или у любой другого научного или философского учения.
                Про «разных богов», которые не устроят других верующих, могу возразить так. Религия безусловно культурный продукт, и у жителя пустыни, жителя джунглей или городов, она будет разная. Но ведь тяга что-ли, или идея о создателе мира, она универсальна, и присутствует в любой культуре, на любом материке или острове, в любой исторический период. Заложена ли она в сознании? Что такое сознание и почему она там так настойчиво появляется?
                Поехали «во-вторых». Опять же физика описывает явления в микро- и макромире, как она сама о себе думает, но не описывает природу жизни и разума даже близко. А что еще не описывает и о чем не думает?! А не думает почему? Потому что ее методология не позволяет даже ставить такие вопросы, которые невозможно проверить опытом. Ее же физическими методами. И математическое описание, или универсальность математического описания, возможно чисто удачная случайность на какой-то небольшой перспективе.
                  0
                  идея о создателе мира, она универсальна, и присутствует в любой культуре, на любом материке или острове, в любой исторический период

                  А вот и нет. Существует огромное количество мифов о сотворении мира среди народов мира и конкретно идея о создателе мира появилась только в некоторых. Разработаны классификации таких мифов, основных их пять.
                +1
                Наверно наука о сознании.

                Т.е. снова биология?


                Да у религии больше перспектив чем у физики.

                С точки зрения профита — возможно, окучивать лохов проще, чем добиваться реальных результатов.


                Потому что религия пытается объяснять.

                Не пытается, пытается заменить фантазиями реальность, которые неучи считают объяснением — им так проще, мозг не напрягается. за них всё придумали, показали кому денег давать, а кого ненавидеть.


                используя другой понятийный аппарат

                Бездоказательные утверждения так называете? Это не есть понятийный аппарат, это сказки и фантазии, проитворечащие как реальности, так и сами себе.


                Оно должно быть непротиворечивым

                Что уже ставит крест на религиях, они противоречат не только друг другу, но и сами себе.

                +3
                У молекуларных биологов очень радужные перспективы: генная инженерия, моделирование протеинов с заданными свойствами и т.п.
                  +2
                  У програмистов тоже. Автоматизация всего и вся, вытеснение ручного труда из кучи областей (в том числе из биологии и програмирования).
                +2
                Уже не раз были кризисы в физике. Ближайший — на рубеже 19-20 веков. Механика Ньютона, электродинамика Максвелла, казалось бы что еще надо для счастливой жизни. Так, пару проблем решить и все. В итоге все вылилось в появление квантовой физики, СТО, ОТО. Я надеюсь что и нынешнее затишье — это затишье перед бурей.
                  0
                  Возможно. Но те мыслители не требовали таких денег. Что нужно больше, коллайдер или мыслитель?
                +1
                У такого проекта предсказуемо будут проблемы с нахождением финансирования. Интересно, а будет краудфандинговая часть? На такой проект я бы хотел пожертвовать денег.
                  0
                  О чем вы вообще говорите? Жалких 9 лярдов на такой длинный срок? Да одна только Швейцария запланировала потратить 3 лярда франков на второй (!) транспортный туннель под Готардом.
                    0
                    Наука финансируется иначе, и 9млрд — это ОЧЕНЬ много даже для международной коллаборации.
                    Туннель будет приносить прибыль (пусть и не напрямую) в итоге — на сокращенном времени пути, увеличении транзита и тп. А вот коллайдер не очень понятно как посчитать.
                      0
                      Это НЕ ОЧЕНЬ много. К примеру, LHC, который уже построен и не приносит никакой прибыли, кушает 1 лярд в год. Стоимость поиска бозона Хиггса оценивается в 13 лярдов. Есть несколько научных проектов, которые вообще не требуют постройки вундервафель (и не создают рабочие места для простого люда) и, тем не менее, на них выделяют по лярду денег.
                        0
                        Поэтому LHC такой один — 1 млрд это много. В Европе проектов с такой стоимостью фактически нет (насколько я знаю). Плюс это же не только постройка, это и эксплуатация — явно больше 1млрд/год. Если бы это было не ОЧЕНЬ много, таких проектов было бы пруд пруди.

                        Есть несколько научных проектов, которые вообще не требуют постройки вундервафель (и не создают рабочие места для простого люда) и, тем не менее, на них выделяют по лярду денег.

                        Какие, например?
                          –2
                          Если бы это было не ОЧЕНЬ много, таких проектов было бы пруд пруди.
                          Вот вам список конкретно акселлераторов. Предвосхищая ваши вопросы о стоимости, американский Tevatron, к примеру, стоил около 4 млрд (постройка + апгрейд + эксплуатация). Оплачивали, в основном, Штаты.
                          Какие, например?
                          Graphene flagship, около 1 лярда. Human brain project, раньше стоил 1.3 лярда. Дальше — сами, пожалуйста.
                            +2
                            Не очень понимаю, к чему вы. Большая часть ускорителей не работает из этого списка. Из оставшихся только несколько в Европе, и их стоимость прилично меньше.

                            Graphene flagship, около 1 лярда. Human brain project, раньше стоил 1.3 лярда. Дальше — сами, пожалуйста.

                            Это не одиночные проекты, это просто большие гранты на кучу разных исследований в общем направлении. И даже таких достаточно мало, а больше 1 млрд вообще пару раз в десятилетие.

                            Лучше посмотрите вот этот список проектов >1млрд. Всего 27 на всю науку во всех странах. Если это не показатель ОЧЕНЬ дорогих проектов, то я не знаю что.
                          +2
                          Вспомнилось.

                          Ректор университета просмотрел смету, которую ему принес декан физического факультета, и, вздохнув, сказал:
                          — Почему это физики всегда требуют такое дорогое оборудование? Вот, например, математики просят лишь деньги на бумагу, карандаши и ластики.
                          Подумав, добавил, а философы, те ещё лучше, им даже ластики не нужны.
                            0
                            Это был садовничий (ректор мгу) на выступлении в татьянин день на моем первом курсе в 97мом году )
                          0
                            0
                            Ну, это не на весь срок, это только первый шаг, как указали ниже. НАСА все же во многом про военные исследования, там денег больше. Если посмотреть траты Европейского космического агентства, там тоже все неплохо. Ну и в целом в Европе меньше денег тратят на науку.
                              0
                              У оборонки отдельно бюджет. НАСА обороне даже запуски делает по прайсу

                              ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE_%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%8B_%D0%A1%D0%A8%D0%90#%D0%91%D1%8E%D0%B4%D0%B6%D0%B5%D1%82
                                0
                                Согласен. Но не забывайте, что НАСА — это куча разных проектов, диверсификация рисков, некоторые из них могут принести прибыль и т.д.
                                А для одиночного проекта я вот выше приводил пример: всех мегапроектов (>1млрд) на всю науку всего 27, из них меньше половины европейские. Больше 10 млрд совсем мало. Мой вывод, что 9 млрд — все таки исключительно большие деньги для одного научного проекта.
                      +3
                      Но на практике этого не случилось — в БАК энергия столкновений частиц достигает 13 тераэлектронвольт, но новых частиц нет.

                      Немного скепсиса: нет особенных причин полагать, что и новый коллайдер сможет найти какую-либо новую физику. Например, в этой статье:
                      «Все верно, стандартная модель должна быть расширена, но нет причин полагать, что новые физические эффекты, типа частиц темной материи, должны быть достижимы в следующем поколении коллайдеров. В самом деле, наиболее надежные предсказания ожидают новую физику только на энергиях на 14 порядков выше нынешних, что гораздо выше энергий в любых коллайдерах, которые мы сможем построить в ближайшие столетия. Об этом говорится и в отчете [ЦЕРНа]: „На сегодняшний день в физике высоких энергий нет однозначно гарантированной цели“.»

                      Оригинал
                      It is correct that the standard model requires extension, but there is no reason that the new physical effects, like particles making up dark matter, must be accessible at the next larger collider. Indeed, the currently most reliable predictions put any new physics at energies 14 orders of magnitude higher, well out of the reach of any collider we’ll be able to build in the coming centuries. This is noted later in the report, where you can read: “Today high energy physics lacks unambiguous and guaranteed discovery targets.”

                      The report uses some highly specific examples of hypothetical particles that can be ruled out, such as certain WIMP candidates or supersymmetric particles. Again, that’s correct. But there is no good argument for why those particular particles should be the right ones. Physicists have no end of conjectured new particles. You’d end up ruling out a few among millions of models, and make little progress, just like with the LHC and the earlier colliders.


                      В условиях ограниченного государственного финансирования Европа может позволить себе только один-два проект такого масштаба. Кажется, есть лучшие кандидаты на те же деньги.
                        +2
                        Физика (в обсуждаемой области) перешла, можно сказать, от интенсивного к экстенсивному пути развития. Пару лет назад общался с человеком, который работал физиком теоретиком в США (конкретно в области теории струн). Он был грустен и как раз думал о радикальном смене вида деятельности, так как не видел перспектив (сменил, насколько я знаю).
                        Мне кажется всё же, что рано или поздно кому-то должна придти в голову хорошая свежая идея и всё сдвинется с, не скажу мёртвой точки, но с протоптанной тропинки.
                          0
                          Да, в том и проблема: сейчас теорий разных полно, а вот экспериментальных доказательств нет. Как была стандартная модель 30 лет назад, так ничего принципиально не поменялось. Теория струн совсем в кризисе, народ уходит повально (как говорят), и хотя альтернатив полно, в том числе и свежих идей, все они пока не провереямы экспериментом…
                          Получается, хайпа вокруг этих областей много, появляется куча новых ученых, но делать им по сути нечего. Чтобы не лишиться работы и продолжать печатать статьи, им приходится еще сильнее пиарить свою песочницу, что привлекает еще больше людей…
                            +3
                            как в 19-м веке всё было уже открыто, кроме объяснения фото-эффекта. а потом как понеслось :)
                            +1
                            Если на Баке не будет найдена новая физика (частицы тёмной материи, суперсимметрия, etc), то учёным будет очень непросто объяснить правительствам, зачем нужно тратить деньги на постройку ещё одного коллайдера.
                              +1
                              Будет очень круто, если найдут, но если нет, я надеюсь, что правительства смогут принять осведомленное решение на основе анализа экономики постройки… Но практика получения грантов от правительств (да и просто научных публикаций) показывает, что реклама и красивая подача порой значат поболее научных аргументов.
                            –2
                            Были опасения что из-за таких столкновений может появиться черная дыра (или что там еще, не силен в этом) и настанет тотальный армагедец планете…
                            Не настал…
                            Давайте тогда посильнее жахнем!
                            :))
                              +3
                              Это у журналистов были «опасения», для увеличения рекламного трафика;) А ученые не боялись ничего. То есть, черные дыры-то могли (очень теоретически) образоваться, только они сразу бы испарились.
                                0
                                Так черные дыры то ладно, но ведь такими энергиями можно и какую-нибудь ткань мироздания повредить — и все, каюк вселенной. Возможно, мы живем в комнате из пороха, а эти ученые понаделали себе спичек — и сидят там, чиркать пытаются.
                                  +1
                                  Но это же в целом не такие уж большие энергии… При взрывах сверхновых частицы тоже вполне разгоняются, до ПэВ (в 10 раз больше достижимой энергии в FCC) и выше. И ничего, Вселенная пока жива (наверное);)
                                    +1

                                    На что физики справедливо замечают, что изредка на Землю попадают космические частицы с энергией на много порядков больше достижимых в любом будущем ускорителе. И, пока, ещё ничего не порвалось

                                      0
                                      Тут я хочу заметить вот что. Энергию в коллайдере называют sqrt(s). Смысл идеи тут вот в чем.
                                      Пускай мы берем будущий (если дадут бабки) коллайдер HE-LHC, он с энергией 20 ТэВ планируется. То есть это в паре протонов каждый имеет по 10000 ГэВ с системе отсчета центра масс (пишу в ГэВ, так как масса покоя протона чуть менее 1 ГэВ). Когда мы говорим про энергию пару частиц в столкновении десятки ГэВ и выше, то можно оценить это энергию по формуле:
                                      sqrt(s) = (E1*E2)^(1/2) *2 (то есть у обоих частиц пары в столкновении в сумме столько)
                                      Пускай в виде пучка №1 у нас те протоны по 10000 ГэВ, тогда получаем:
                                      sqrt(s) = (E1*E2)^(1/2) *2 = (10000*1)^(1/2)*2 = 200 ГэВ.
                                      В принципе, есть вероятность того, что такое столкновение даст оценить массу W-бозона, хотя он и останется сильно виртуальным в этом процессе.
                                      P.S. Уточню, что W-бозон упоминал на примере электрон-протонного коллайдера с энергией 300 ГэВ (режим позитрон-протонный) или 318 ГэВ (электрон-протонный). Там зафиксировали 645 событий.
                                      P.P.S. Это я о том, что сами лучи не так опасны. Только не стройте БАК на Луне и не стреляйте пучком в космос.
                                  0
                                  Читал, что возможность создания устойчивых черных дыр, требует энергии на 16 порядков больших энергии пучков в БАК.
                                  Поэтому соглашусь с предыдущим комментарием.
                                    +1
                                    Могу дать оценку. Приблизительно мы сталкиваем 2.8*10^14 протонов. Энергия — фактически беру проект HE-LHC на 20 ТэВ, то есть по 10 на 1 протон пары — 10^13 эВ. Требуется собрать 1.22*10^28 эВ. Но мы физически не можем просто взять пучки на суммарную энергию 2.8 *10^27 эВ. Нам требуется взять в 10 раз больше пучков и физически невозможным образом сжать в сферу радиусом 2.88/1.22=2.295 планковских длин.
                                    Это в принципе невозможно, т.к. протоны будут откинуты ЭМ силами друг от друга. Можете просто рассчитать условную сферу радиусом 2.295 длин Планка, содержащую заряд 2.8*10^15 зарядов протона — это «всего-то» 448 мкКл.
                                    В принципе, это много меньше 1 моля водорода, но потенциал отталкивания (на расстоянии 10 длин Планка от центра) будет всего-то 2.5*10^40 Вольт. То есть, он должен разгонять налетающие протоны «назад» на ту самую энергию Планка на «участке разгона» маленьком, кажется на порядки меньше длины Планка.
                                    Но, это не мешает физикам искать гипотетические mini black holes, например — массой 4-5 ТэВ, которые в теории могут возникать в столкновении протонов с суммарной энергией 14 ТэВ.
                                    0

                                    Опасения был и что маршрут чёрной кошки пересекать опасно, но не у тех, кто связан с БАК.

                                    +1
                                    Любопытно, а сколько энергии эта штука по плану будет жрать (особенно после апгрейда). И сколько сейчас кушает БАК? И сколько времени будет уходить на откачку воздуха. Всё-таки 100 км даже для тонкого канала — это прилично.

                                    Вообще прибор, размером со страну — это хороший такой масштаб! Если сейчас на велосипедах в тоннелях катаются, то тут уже электрички придётся пускать. Вспомнился вагончик из HL…
                                      0
                                      Потребление БАКа — около 1.3 ТВт в год (пиковая мощность 200МВт)

                                      А откачка занимает несколько недель, как я понял (для каждого сектора).
                                        0
                                        Строить надо на орбите вокруг Земли — заодно и откачивать воздух не надо.
                                          0
                                          Да и с радиусом кривизны все отлично. Однозначно — «берем».

                                          Туннели же такие огромные строят не потому, что для пучков места много нужно. И даже из-за места для их разгона (ускорительных секций). А для снижения кривизны — чем меньше «загиб» траектории, тем меньше требования к силе магнитов удерживающих пучок. И тем меньше потери на синхротронное излучение.
                                            0
                                            К сожалению (или к счастью?) на орбите пока не потянем.
                                            Во первых слишком много на неё поднимать.
                                            Во вторых — на низкой орбите всё-таки частиц (и хорошо заряженных) хватает, так что будут как минимум большие проблемы с шумом. Ну и надо смотреть, какие у него требования к вакууму, а то может низкой орбиты и не хватит. МКС тормозится вполне ощутимо.
                                            В третьих (хотя это, наверно, решаемо) сложность удержания всех частей на ровной дуге. Для орбитального кольца, вроде, считали — размотает его.
                                            В четвёртых — если в него что-то прилетит, то рискуем получить такую цепную реакцию, что останемся без космоса надолго.

                                            Вроде обещали новый тип ускорителей, чуть ли не настольный. Вроде даже прототипы рабочие были. Вот на него надежда была большая.
                                              0
                                              Вакуум там нужен даже не такой, как на геостационарке (правда лень искать, какое на орбите давление):
                                              В нормальном состоянии остаточное давление в вакуумной трубе составляет примерно 10^-13 атмосферы


                                              Есть плазменные ускорители, правда для них используют ускоритель Super Proton Synchrotron.
                                                0
                                                А зря лень. Уже всего на 1000 км от поверхности давление остатков атмосферы опускается на нужные 13 порядков ниже наземного уровня.
                                                  0
                                                  Останется мелочь — защитить детекторы от солнечных и космических «лучей».
                                                  И концентрация частиц с энергией 4 ТэВ и Выше тоже не большая на высоте 1000 км (скажем в терминах высокого «продольного импульса», от 1000 ГэВ/c^2)?
                                                    0
                                                    От солнечных частиц (солнечного «ветра») прикрыть, благо это легко на фоне остальных проблем и масштабов строительства — достаточно скромного экрана. А космические(галактические и внегалактические) лучи пусть летают, их относительно мало.

                                                    Почему 4 ТэВ? Это уже можно считать пройденный сейчас этап. Перспективные будущие наземные ускорители — это порядка 100 ТэВ, а если когда-нибудь речь и вправду дойдет до строительства астроинженерных ускорительных колец вокруг всей планеты, то там будет прицел на изучение свойств частиц при энергиях измеряемых в десятках-сотнях ПэВ. Из-за меньшего просто нет смысла в подобных масштабах установки.
                                                    А космических лучах естественного происхождения подобных частиц очень мало порядка 1 частицы раз в год пролетающей через сечение пространства в несколько десятков м2. Тогда как в даже в современных (не говоря уже о таких теоретических монстрах) коллайдерах столкновения пучков частиц на целевых энергиях и регистрация результатов происходит миллионы раз в секунду.
                                                      0
                                                      4 ТэВ — это просто гарантированно зарегистрированная инв. масса пары частиц в столкновениях на LHC. Или же какое-то ограничение на доступные к обнаружению частицы ТМ, точно не помню.
                                                      Речь о том, что для протонного ускорителя встреча с протоном косм. лучей с энергией в системе ЦМ менее 1.8 ТэВ на пару частиц можно будет считать незначительным фоном. Если такой «фон» будет 120-150 событий в год — это мелочи.
                                                      Чтобы получить 1.8 ТэВ при энергии протона косм. лучей 1.8 ПэВ требуется кин. энергия свободного протона (типа неоткачанного из трубы газа) 1.8 ГэВ, то есть условная температура T = 2.0888*10^12 К. Такой себе «горячий вакуум» чтобы в трубе был, тогда будет заметно реагировать с косм. лучами, которые как-то пройдут через стенки трубы.
                                          0
                                          Вроде электрон-позитронные столкновения более интересны, так как порождают меньше шума связанного с внутренней структурой частиц и позволяют наблюдать эффекты нарушения симметрии. Зачем они хотят потом переделать на протон-протонные столкновения?
                                            0
                                            Простая идея с коллайдерами сейчас такая. При столкновении протонов сталкиваются не протоны, а кварки, антикварки и глюоны. С некоторой вероятностью в каждом из пары протонов есть 1 частица высокой энергии, собственно для столкновения нужно наличие 2 частиц высокой энергии. Вполне нормально, что встречаются 2 частицы противоположного заряда с энергией (в системе ЦМ) скажем 800-900 ГэВ. Так можно открыть бозон Хиггса, но с низкой точностью узнать его энергию.
                                            Для электрон-позитронного столкновения процесс начинается при энергии, достаточной для такой реакции:
                                            'e-' + 'e+' -> Z + H,
                                            скажем при энергии 250 ГэВ уже идет достаточно хорошо.
                                            Более далекий проект — рождение пары из t-кварка и антикварка.
                                              +3
                                              Так и с них как раз и начнут.

                                              А зачем потому нужен протон-протон — это для достижения самых высоких из возможных энергий. На электронном кольцевом коллайдере в принципе высоких энергий достичь невозможно из-за синхротронного излучения мощность которого обратно пропорционально массе частиц.
                                              А у электронов-позитронов она почти в 2000 раз ниже чем у протонов-антипротонов при одинаковом электрическом заряде.

                                              Из-за этого при попытке разгонять электроны до действительно больших энергий почти вся вкачиваемая в их разгон энергия начинает уходить в излучение. Помимо невозможности разогнать выше какого-то порога (просто не хватит мощности ускорителя) это еще создает зверские уровни радиации в туннеле вокруг пучка. Не только смертельные для людей (но их просто убрать можно), но и постепенно разрушающую аппаратуру.

                                              В характеристиках это четко видно: в электрон-позитронной версии планируют достичь энергий всего в 365 ГэВ максимум. А в протонной — до 100 ТэВ, т.е. в ~270 раз выше.

                                              Так что сначала столкновения на относительно небольших энергиях (хотя по меркам электронов — все-равно рекордным, где-то в 3 раза выше достигнутого на текущий момент максимума), но зато очень «чистых». А потом столкновения протонов на рекордных энергиях.

                                              В идеале было бы получить коллайдер на мюонах — у них масса в 207 раз выше электрона и поэтому синхротронное излучение не сильно мешает. При этом иметь энергии близкие к протонным сохраняя «чистоту» экспериментов как у электронов. Но с ними много других проблем.

                                              Начиная с того, что это нестабильная, короткоживущая (~ 2 микросекунды) частица и насколько знаю никто еще пока не придумал схем ускорителей, в которых их можно было бы успевать создавать и разгонять до высоких энергий в больших количествах прежде чем они распадаются.
                                              0
                                              У физиков есть традиция: каждые 14 миллиардов лет они собираются вместе и строят Большой адронный коллайдер Будущий кольцевой коллайдер…
                                                +1
                                                Стоимость нового ускорителя оценивается в $9 млрд, из них $5 млрд уйдет на создание тоннеля протяженностью в 100 км. Ученые планируют достичь энергий элементарных частиц порядка 100 тераэлектронвольт. Изначально будут сталкивать электроны и позитроны, но затем коллайдер будет модифицирован и перенастроен на протон-протонные пучки (именно с ними работают в Большом адронном коллайдере).


                                                Подумал, что что-то подозрительно «дешево» — БАК имеющий куда более скромные параметры уже обошелся дороже, при том, что туннель для него уже был (остался от предыдущего ускорителя). Как же они рассчитывают построить намного более мощный ускоритель, при этом дешевле?!
                                                И подозрения меня не подвели:

                                                Во первых не долларов, а евро.
                                                Во вторых и главных главное эти 9 миллиардов евро — это стоимость только первого этапа, т.е. создания электронно-позитронного коллайдера на 365 ГэВ.
                                                А достройка/модернизация потом до адронного коллайдера на 100 ТэВ (прямая замена БАК) — это еще 15 миллиардов евро, с учетом уже готового туннеля от 1го этапа.

                                                The cost of a large circular electron-positron collider would be in the 9-billion-euro range, including 5 billion euros for the civil engineering work for a 100-kilometre tunnel. This collider would serve the worldwide physics community for 15 to 20 years. The physics programme could start by 2040 at the end of the High-Luminosity LHC. The cost estimate for a superconducting proton machine that would afterwards use the same tunnel is around 15 billion euros. This machine could start operation in the late 2050s.
                                                fcc.web.cern.ch/Pages/news/FCC-publishes-concept-design-for-a-post-LHC-future-circular-collider-at-CERN.aspx
                                                  0
                                                  А существуют ли другие способы ускорения частиц лазерное ускорение еще какие либо варианты?
                                                  Как я понимаю от синхротронного излучения можно уйти построив линейный ускоритель
                                                  как последнюю ступень кольцевого.
                                                    0
                                                    Кильватерное, например, но там еще очень много R&D
                                                      0
                                                      Для электро-позитронного можно и просто большой линейный. Такие проекты тоже есть, например ILC — Международный линейный коллайдер

                                                      Но тут так сказать 2в1 предполагается — сначала кольцевой электро-позитронный, а потом в том же туннеле и с повторным использованием части оборудования рекордный адронный коллайдер, который реален только в кольцевом виде.
                                                      0
                                                      Да че давайте сразу по максимуму — в 40 000км длиной строить.

                                                      ЗЫ:
                                                      Программисты запрограммируют ИИ, ИИ сможет смоделировать ускоритель и строить не надо.
                                                      В итоге программисты ответят на вопрос бытия
                                                        0
                                                        Для этого надо придумать науку о сознании. А выше предположили, что это биология.
                                                        0
                                                        «К примеру, ученые надеются обнаружить частицы темной энергии...»

                                                        Если речь о частицах, то это частицы гипотетической тёмной материи. Тёмная энергия — это почти неубывающая плотность энергии физического вакуума в ходе его космологического расширения.
                                                        Однако массивные тела эту плотность локально вполне «убывают», на что реагируют снижением своей частоты/энергии частицы материи (см. принцип действия атомных часов). Это приводит к замедлению всех физических процессов и воспринимается как замедление хода времени. Это можно описывать как искривление метрики пространства-времени. Но объяснять искривлением метрики (следствием) снижение плотности вакуума материей (причину) — это то же самое, что, например, объяснять ростом температуры газа процесс поглощения фотонов его молекулами.

                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                        Самое читаемое