Baru-baru ini, Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN) mempresentasikan desain konseptual untuk Future Circular Collider (FCC), yang akan menggantikan Large Hadron Collider. Konsep tersebut membayangkan pembuatan terowongan sepanjang 100 km di sekitar Jenewa, di mana direncanakan untuk menempatkan cincin akselerator secara berurutan untuk bekerja dengan balok dari berbagai jenis: dari elektron hingga inti berat. Mengapa fisikawan membutuhkan penumbuk baru, tugas apa yang akan diselesaikannya, dan peran apa yang dimainkan ilmuwan dari Rusia dalam hal ini, Vitaly Okorokov, seorang peserta dalam proyek FCC, profesor di National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI), mengatakan kepada koresponden RIA Novosti.
- Vitaly Alekseevich, mengapa fisikawan membutuhkan Future Ring Collider?- Proyek FCC adalah salah satu poin terpenting dari edisi baru strategi Eropa untuk fisika partikel, yang sedang dibentuk hari ini. Ilmuwan dari Rusia berpartisipasi dalam proyek internasional di bidang sains fundamental ini, baik dalam penelitian di colliders dan dalam eksperimen non-akselerator. Dalam fisika modern, dunia partikel elementer dijelaskan oleh apa yang disebut Model Standar - teori medan kuantum, yang mencakup interaksi elektromagnetik, kuat dan lemah. Komposisi partikel fundamental dalam model ini sepenuhnya dikonfirmasi secara eksperimental dengan ditemukannya Higgs boson pada tahun 2012 di Large Hadron Collider (LHC). Akan tetapi, jawaban atas banyak pertanyaan penting, misalnya tentang sifat materi gelap, kemunculan asimetri materi dan antimateri di alam semesta yang diamati, dan seterusnya, berada di luar cakupan Model Standar. Untuk menemukan solusi bagi masalah utama dalam fisika fundamental, para ilmuwan sedang merancang kompleks akselerator baru yang lebih bertenaga. - Tugas apa yang akan diselesaikan Future Ring Collider? - Ini adalah pengukuran parameter Model Standar dengan keakuratan yang tidak dapat dicapai sebelumnya, studi mendetail tentang transisi fase dan sifat materi yang terjadi di alam semesta paling awal dalam kondisi ekstrim, pencarian sinyal fisika baru di luar Model Standar, termasuk partikel materi gelap. Dari sudut pandang fisika, sangat menarik untuk mempelajari sifat-sifat interaksi yang kuat pada energi sangat tinggi dan mengembangkan teori yang menjelaskannya - kromodinamika kuantum.- Tugas apa yang akan diselesaikan Future Ring Collider? - Ini adalah pengukuran parameter Model Standar dengan keakuratan yang tidak dapat dicapai sebelumnya, studi mendetail tentang transisi fase dan properti materi yang terjadi di alam semesta paling awal dalam kondisi ekstrim, pencarian sinyal fisika baru di luar Model Standar, termasuk partikel materi gelap. Dari sudut pandang fisika, sangat menarik untuk mempelajari sifat-sifat interaksi yang kuat pada energi sangat tinggi dan mengembangkan teori yang menjelaskannya - kromodinamika kuantum.- Tugas apa yang akan diselesaikan Future Ring Collider? - Ini adalah pengukuran parameter Model Standar dengan keakuratan yang tidak dapat dicapai sebelumnya, studi mendetail tentang transisi fase dan properti materi yang terjadi di alam semesta paling awal dalam kondisi ekstrim, pencarian sinyal fisika baru di luar Model Standar, termasuk partikel materi gelap. Dari sudut pandang fisika, sangat menarik untuk mempelajari sifat-sifat interaksi yang kuat pada energi sangat tinggi dan mengembangkan teori yang menjelaskannya - kromodinamika kuantum.sangat menarik untuk mempelajari sifat-sifat interaksi kuat pada energi sangat tinggi dan untuk mengembangkan teori yang menjelaskannya - kromodinamika kuantum.sangat menarik untuk mempelajari sifat-sifat interaksi kuat pada energi sangat tinggi dan untuk mengembangkan teori yang menjelaskannya - kromodinamika kuantum.- Apa inti dari teori ini?- Menurutnya, partikel yang disebut hadron, misalnya proton dan neutron, memiliki struktur internal kompleks yang dibentuk oleh quark dan gluon - partikel fundamental Model Standar yang terlibat dalam interaksi yang kuat. Menurut konsep yang ada, quark dan gluon terkurung di dalam hadron dan, bahkan dalam kondisi ekstrem, dapat menjadi bebas kuasi hanya pada skala linier dengan urutan seukuran inti atom. Ini adalah fitur kunci dari interaksi yang kuat, yang telah dikonfirmasi oleh sejumlah besar studi eksperimental dan teoritis. Namun, mekanisme dari fenomena terpenting ini - kurungan quark dan gluon (kurungan) - belum ditentukan. Selama beberapa dekade, masalah pengurungan selalu dimasukkan ke dalam semua jenis daftar masalah utama fisika fundamental yang belum terpecahkan. Dalam kerangka kerja proyek FCC, direncanakan untuk memperoleh data eksperimental baru dan secara signifikan memajukan pemahaman sifat-sifat interaksi yang kuat, khususnya, pengurungan.- Alat apa yang seharusnya untuk menyelesaikan masalah ini?- Pendekatan terintegrasi digunakan untuk melaksanakan program penelitian ekstensif, yang menurutnya proyek FCC mencakup dua tahap. Tahap pertama "FCC-ee" melibatkan pembuatan penumbuk elektron-positron dengan energi pancaran dalam kisaran 44 hingga 182,5 gigaelektronvolt. Pada tahap kedua percobaan "FCC-hh" akan dilakukan pada berkas proton dan inti yang bertabrakan. Dalam hal ini, ia diharapkan untuk mempercepat proton menjadi energi 50 teraelektronvolt dan inti berat (timbal) - hingga 19,5 teraelektronvolt. Ini lebih dari tujuh kali lipat energi yang dicapai di kompleks operasi paling bertenaga LHC. Direncanakan untuk menggunakannya, bersama dengan seluruh infrastruktur yang ada, untuk mendapatkan berkas partikel yang dipercepat sebelum dimasukkan ke ring utama 100 kilometer dari collider baru FCC-hh. Pembangunan akselerator elektron linier eksternal dengan energi 60 gigaelektronvolt akan memungkinkan untuk mengimplementasikan program studi mendetail tentang struktur internal proton menggunakan hamburan elektron-proton inelastis dalam (FCC - eh).- Pengembangan dan pembangunan instalasi tingkat ini membutuhkan waktu puluhan tahun. Kapan konstruksi akan dimulai? Kapan hasil ilmiah pertama diharapkan diperoleh?- Jika konsepnya diadopsi, maka awal pelaksanaan program integral FCC direncanakan sekitar tahun 2020. Pembangunan penumbuk FCC-ee lepton akan memakan waktu sekitar 18 tahun, dengan durasi pengerjaan selanjutnya sekitar 15 tahun. Ternyata durasi tahap pertama sekitar 35 tahun. Selama pengoperasian FCC-ee, persiapan tahap kedua proyek akan dimulai. Sesuai dengan konsepnya, dalam waktu sepuluh tahun setelah berakhirnya operasi FCC-ee akan dibongkar, cincin penumbuk hadron akan dipasang dan detektor dipasang. Perolehan data baru untuk proton dan balok nuklir direncanakan pada pertengahan tahun 2060. Durasi operasi FCC dengan proton dan balok nuklir direncanakan sekitar 25 tahun, dan total durasi tahap kedua sekitar 35 tahun. Dengan demikian, eksperimen di FCC diasumsikan akan berlanjut hingga akhir abad ke-21. Proyek ini akan benar-benar mendunia.
Peran apa yang dimainkan oleh para ilmuwan dari Rusia, khususnya, dari NRNU MEPhI dalam proyek FCC?
- NRNU MEPhI, bersama dengan organisasi Rusia lainnya, secara aktif berpartisipasi dalam proyek FCC dan melakukan karya ilmiah baik untuk program fisik penelitian masa depan maupun untuk kompleks akselerator.
Ilmuwan dari NRNU MEPhI memberikan kontribusi untuk konsep FCC, khususnya, di jilid pertama, yang berisi deskripsi program fisik umum untuk semua jenis balok yang direncanakan, dan di jilid ketiga, dikhususkan untuk penelitian dengan balok proton dan nuklir (FCC - hh).
- Tolong beritahu kami lebih detail
- Seperti disebutkan di atas, pada suhu yang sangat tinggi (ratusan ribu kali lebih tinggi daripada di pusat Matahari) dan kepadatan energi, quark dan gluon dapat menjadi bebas kuasi pada skala nuklir, membentuk keadaan materi baru, yang biasanya disebut plasma quark-gluon.
Tabrakan berkas proton dan berbagai inti pada energi sangat tinggi dari penumbuk FCC-hh akan memungkinkan untuk menyelidiki, khususnya, sifat kolektif materi kuark-gluon yang dibentuk oleh interaksi sistem besar (inti berat) dan kecil (proton-proton, proton-nukleus), menyediakan kondisi unik untuk mempelajari sifat-sifat keadaan banyak-partikel.
Rencana untuk FCC-hh, signifikan, dibandingkan dengan LHC, peningkatan energi dan luminositas integral balok membuka peluang baru secara kualitatif untuk mempelajari, misalnya, perilaku partikel fundamental terberat dari Model Standar - Higgs boson (sekitar 125 kali lebih berat dari proton) dan t quark (lebih berat dari proton sekitar 175 kali) - dalam materi quark-gluon yang panas dan padat, serta kemungkinan penggunaannya sebagai "probe" untuk menentukan sifat materi ini.
Video promosi:
Pada musim panas 2014, saat diskusi di Institut Fisika Energi Tinggi. A A. Logunov dari National Research Center "Kurchatov Institute" mengajukan proposal untuk menggunakan boson Higgs untuk mempelajari sifat-sifat materi quark-gluon. Proposal ini dimasukkan sebagai salah satu item dalam program penelitian dengan balok inti berat di FCC. Menurut pendapat saya, arah ini sangat menarik bagi fisika interaksi yang kuat.
Kami hanya menyentuh beberapa aspek penelitian masa depan. Program ilmiah FCC sangat ekstensif dan pekerjaan di bawah proyek ini sedang berlangsung.
