Các nhà vật lý thảo luận về triển vọng cho một máy va chạm 100 TeV • Igor Ivanov • Tin tức khoa học về “Yếu tố” • LHC, CERN, Kế hoạch cho tương lai

Các nhà vật lý thảo luận về triển vọng của một máy va chạm 100 TeV

Vị trí có thể có của đường hầm 80-100 km đối với máy va chạm proton 100-TeV mới với triển vọng dài hạn cho sự phát triển của CERN có thể được liên kết. Hình ảnh từ press.web.cern.ch

Một ngày khác, tại CERN và tại Đại học Geneva, hai hội nghị khoa học được tổ chức cùng một lúc dành cho những người va chạm tương lai với năng lượng rất cao, lên đến 100 TeV. Một trong số họ đã được thực hiện trong khuôn khổ của một chương trình mới ra mắt tại CERN để nghiên cứu các khía cạnh kỹ thuật của các dự án trong tương lai của các va chạm vòng. Một hội nghị khác trước đó tập trung vào các khả năng khoa học sẽ có sẵn khi năng lượng của va chạm proton tăng lên gần bằng một bậc độ lớn.

Chúng ta hãy phác thảo một cách ngắn gọn tình hình đang phát triển trong vật lý hạt bây giờ, sau phiên ba năm đầu tiên của Large Hadron Collider.

Vào giữa những năm 2000, các nhà vật lý rất lạc quan. Nhiều người trong số họ bày tỏ hy vọng rằng những năm đầu tiên và thậm chí cả tháng của công việc LHC sẽ mang lại những khám phá mới: sự ra đời và phân rã của các hạt mới và hiện tượng bất thường, phát hiện siêu đối xứng hoặc một lý thuyết khác ngoài Mô hình Chuẩn.Những hy vọng này không có cơ sở: những hiện tượng mới trên thang năng lượng theo thứ tự 1 TeV có thể dẫn đến những câu trả lời tự nhiên cho một số câu hỏi lý thuyết.

Nhưng kỳ vọng cầu vồng không được xác nhận. Ngày nay, chỉ có boson Higgs được mở và tất cả các thuộc tính đo được của nó đều phù hợp với boson Higgs chuẩn. Không có siêu đối xứng, cũng không có bất kỳ độ lệch đáng kể nào khác từ Mô hình Chuẩn chưa được tìm thấy. Tất cả điều này không cho phép các nhà vật lý tiếp cận mục tiêu chính – thâm nhập sâu hơn một cấp trong việc hiểu cấu trúc của vật chất.

Tất nhiên, các nhà lý thuyết không còn nhàn rỗi. Các kịch bản quá lạc quan về siêu đối xứng và các lý thuyết khác đang đóng, nhưng điều này không tự đóng các ý tưởng. Nếu trước đó sự nhấn mạnh chính là về hiện tượng vật lý mới ở quy mô năng lượng khoảng 1 TeV, thì các biến thể đang được nghiên cứu rộng rãi trong đó độ lệch trở nên đáng chú ý chỉ ở năng lượng của hàng chục TeV. Những lý thuyết này hầu như không thể phân biệt được với Mô hình Chuẩn tại Máy va chạm Hadron Lớn, nhưng với sự gia tăng đáng kể năng lượng, chúng có thể dẫn đến các hiệu ứng nổi bật. Đó là lý do tại sao, gần đây, mong muốn của các nhà vật lý để tăng cường triệt để năng lượng của va chạm ngày càng trở nên rõ ràng.

Như đã lưu ý trong một trong các báo cáo, thời đại được đảm bảo những khám phá trong vật lý hạt cơ bản đã kết thúc. Nó không được biết đến ở những năng lượng nào và trong quá trình nào, khía cạnh mới của thế giới chúng ta sẽ xuất hiện. Tất nhiên, nó có thể chỉ ra rằng với sự gia tăng năng lượng và độ sáng, LHC vẫn sẽ tìm thấy một số biểu hiện của Vật lý mới, nhưng rất có thể nó sẽ nhỏ. Giải Nobel có thể mang lại một phát hiện như vậy, nhưng nó sẽ không làm việc chi tiết để nghiên cứu hiệu ứng này. Và nếu chúng ta thực sự muốn nghiên cứu thiên nhiên và di chuyển vào các khu vực không thể tiếp cận trước đó, thì sau một vài thập kỷ, sau khi các khả năng của LHC đã cạn kiệt, các nhà vật lí sẽ cần một máy va chạm mới với những khả năng mới. Người va chạm này cần phải được lên kế hoạch ngay bây giờ, và vì lý do này, các nhà vật lý cần phải có một ý tưởng rõ ràng về những gì từng dự án có khả năng.

Mối quan tâm chính của CERN về phát triển lâu dài hiện là dự án tiếp theo. Nó được lên kế hoạch đào một đường hầm vòng dài 80-100 km mới ở Pháp và Thụy Sĩ (xem hình), sẽ chứa một máy va chạm proton mới với năng lượng 100 TeV. Người ta hy vọng rằng công nghệ tạo ra nam châm điện sẽ cho phép bởi thời gian đó để tăng từ trường ít nhất 2 lần, điều này sẽ làm cho nó có thể giữ các proton có năng lượng cao như vậy vào quỹ đạo.Tất nhiên, đồng thời có những khó khăn kỹ thuật liên quan đến việc giải phóng năng lượng và an toàn của quá trình cài đặt, và các nhóm chuyên gia sẽ làm việc về những vấn đề này. Việc thực hiện cài đặt như vậy sẽ mất khoảng 20 năm. Do đó, nếu máy va chạm này được lên kế hoạch ra mắt sau LHC (có nghĩa là, trong khu vực 2035-2040), nó là cần thiết để làm việc trên nó ngay bây giờ. Một biến thể cũng đang được nghiên cứu, trong đó đầu tiên một máy gia tốc electron-positron sẽ được lắp đặt trên một năng lượng nhỏ, sẽ dễ dàng hơn để tạo ra, và sau đó nó sẽ được thay thế bằng một proton 100-tev.

Các nhà vật lý nên được hướng dẫn bởi những năng lượng như thế nào? Thứ nhất, phát hiện trực tiếp các hạt nặng mới, có khối lượng có thể đạt tới hàng chục TeV. Thứ hai, các hạt ánh sáng mới (ví dụ, các boson Higgs mới) không sinh ra tại LHC có thể xuất hiện trong dữ liệu vì xác suất nhỏ của quá trình này. Các ước tính được trình bày tại hội nghị cho thấy khả năng này được thực hiện trong nhiều phiên bản hiện tại của các lý thuyết.

Thứ ba, ngay cả khi không phát hiện ra các hạt mới, chúng ta vẫn có một boson Higgs được nghiên cứu kém.Nếu chúng ta tập trung vào một máy va chạm proton với năng lượng 100 TeV, boson Higgs sẽ được sinh ra ở đó bởi hàng nghìn người mỗi ngày, có nghĩa là nó sẽ có thể nghiên cứu chi tiết nó. Kể từ khi boson Higgs sẽ trở thành một hạt thông thường, mục tiêu sẽ không chỉ đơn giản là nhìn thấy nó trong dữ liệu, nhưng để phát hiện một số quá trình bất thường với sự tham gia của nó. Đây có thể là những phân rã kỳ lạ, sự ra đời của một số boson Higgs, phân rã vô hình của boson Higgs, sẽ gợi ý kết nối của nó với các hạt vật chất tối, vv Các đánh giá được thực hiện tại một trong các báo cáo cho hy vọng tìm phân rã bất thường với ít hơn một xác suất một phần triệu Vì vậy, boson Higgs sẽ được biến đổi từ một đầu trong chính nó thành một công cụ để nghiên cứu vật lý.

Hai cuộc hội thảo vừa qua chỉ là bước đầu tiên của chương trình 5 năm của CERN để nghiên cứu những người va chạm trong tương lai. Bây giờ một số nhóm chuyên gia sẽ bắt đầu nghiên cứu chặt chẽ một tập hợp lớn các khả năng lý thuyết và thực nghiệm, và trong khoảng một năm cuộc họp làm việc mới của họ được mong đợi. Song song, vào mùa thu năm 2014, một dự án lớn sẽ được chuẩn bị cho chương trình nghiên cứu châu Âu mới cho Horizon 2020 năm năm tiếp theo.Vào năm 2018, vào cuối chương trình, báo cáo kỹ thuật toàn diện đầu tiên về các cơ hội được nghiên cứu được mong đợi. Cùng với dữ liệu LHC mới, nó sẽ giúp xác định các bước cụ thể để phát triển kỹ thuật hơn nữa của CERN.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: