Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Обзорный график планируемой ILC, основанный на дизайне ускорителя в Отчете о техническом проектировании.

Международный линейный коллайдер ( ILC ) представляет собой предлагаемый линейный ускоритель частиц . [1] Первоначально планируется получить энергию столкновения 500 ГэВ с возможностью дальнейшего повышения до 1000 ГэВ (1 ТэВ). Хотя раннее предложенные места для МКТ были Япония, Европа ( CERN ) и США ( Fermilab ), [2] Kitakami Хайленд в Ивате префектуре северной Японии была в центре усилий дизайна ILC начиная с 2013 года [3]По словам координатора исследования детекторов в ILC, правительство Японии готово оплатить половину затрат. [4]

ILC столкнет электроны с позитронами . Его длина составит от 30 до 50 км (19–31 миль), что более чем в 10 раз превышает длину Стэнфордского линейного ускорителя на 50 ГэВ , самого длинного из существующих линейных ускорителей частиц. Предложение основано на предыдущих аналогичных предложениях из Европы, США и Японии.

Также ведутся исследования для альтернативного проекта - компактного линейного коллайдера (CLIC), который будет работать при более высоких энергиях (до 3 ТэВ) в машине длины, аналогичной ILC. Эти два проекта, CLIC и ILC, были объединены в рамках Linear Collider Collaboration . [5]

Справочная информация: линейные ускорители и синхротроны [ править ]

Есть две основные формы ускорителей. Линейные ускорители («линейные ускорители») ускоряют элементарные частицы по прямой траектории. Круговые ускорители («синхротроны»), такие как Тэватрон , LEP и Большой адронный коллайдер (LHC), используют круговые траектории. Круглая геометрия имеет значительные преимущества при энергиях до десятков ГэВ включительно : при круговой конструкции частицыможет эффективно ускоряться на больших расстояниях. Кроме того, на самом деле сталкивается только часть частиц, попавших в зону столкновения. В линейном ускорителе остальные частицы теряются; в кольцевом ускорителе они продолжают циркулировать и доступны для будущих столкновений. Недостатком круговых ускорителей является то, что заряженные частицы, движущиеся по искривленным траекториям, обязательно испускают электромагнитное излучение, известное как синхротронное излучение . Потери энергии через синхротронное излучение обратно пропорциональны четвертой степени массы рассматриваемых частиц. Вот почему имеет смысл строить круговые ускорители для тяжелых частиц - адронные коллайдеры, такие как LHC для протонов или, как вариант, для свинца. ядра . Электрон-позитронный коллайдер того же размера никогда не сможет достичь таких же энергий столкновения. Фактически, энергии на LEP, который раньше занимал туннель, теперь переданный LHC, были ограничены до 209 ГэВ из-за потери энергии из-за синхротронного излучения.

Несмотря на то, что номинальная энергия столкновения на LHC будет выше, чем энергия столкновения ILC (14 000  ГэВ для LHC [6] против ~ 500 ГэВ для ILC), измерения могут быть выполнены более точно на ILC. Коллизии между электронами и позитронами гораздо проще анализировать , чем столкновения , в которой распределяется энергия среди составляющих кварков , антикварков и глюонов из барионных частиц. Таким образом, одна из функций ILC будет заключаться в точных измерениях свойств частиц, обнаруженных на LHC.

Физика и детекторы ILC [ править ]

Многие ожидают, что эффекты физики, выходящие за рамки того, что описано в текущей Стандартной модели, будут обнаружены в экспериментах на предлагаемом ILC. [7] Кроме того, ожидается, что частицы и взаимодействия, описываемые Стандартной моделью, будут обнаружены и измерены. В ILC физики надеются:

  • Измерьте массу, спин и силу взаимодействия бозона Хиггса
  • Если они существуют, измерьте количество, размер и форму любых дополнительных измерений в ТэВ- шкале.
  • Исследуйте легчайшие суперсимметричные частицы, возможные кандидаты в темную материю.

Для достижения этих целей необходимы детекторы частиц нового поколения.

Объединение региональных предложений во всемирный проект [ править ]

В августе 2004 года Международная технология Рекомендация Panel (ИТРП) рекомендуется [8] в сверхпроводящей радиочастотной технологии для ускорителя. После этого решения три существующих проекта линейных коллайдеров - Next Linear Collider (NLC), Global Linear Collider (GLC) и Teraelectronvolt Energy Superconducting Linear Accelerator (TESLA) - объединили свои усилия в один проект (ILC). В марте 2005 года Международный комитет по ускорителям будущего (ICFA) объявил профессора Барри Бариша , директора лаборатории LIGO в Калифорнийском технологическом институте с 1997 по 2005 год, директором по глобальным проектам.(GDE). В августе 2007 г. был выпущен Отчет по эталонному дизайну для ILC. [9] Физики, работающие над GDE, завершили подробный отчет по проекту ILC, опубликовав его в июне 2013 года. [5]

Дизайн [ править ]

Источник электронов для ILC будет использовать 2-наносекундные лазерные световые импульсы для выброса электронов из фотокатода , метод, позволяющий поляризовать до 80% электронов; затем электроны будут ускорены до 5 ГэВ в 370-метровой ступени линейного ускорителя. Синхротронное излучение электронов высоких энергий будет производить электрон-позитронные пары на мишени из титанового сплава с поляризацией до 60%; Позитроны от этих столкновений будут собираться и ускоряться до 5 ГэВ в отдельном линейном ускорителе.

Чтобы сжать сгустки электронов и позитронов с энергией 5 ГэВ до достаточно малого размера, чтобы их можно было успешно столкнуть, они будут циркулировать в течение 0,1–0,2 секунды в паре демпфирующих колец с окружностью 3,24 км, в которых они будут уменьшены в размере до 6 мм. длиной и вертикальной и горизонтальной эмиттансами 2 пм и 0,6 нм соответственно.

Из демпфирующих колец сгустки частиц будут отправляться в сверхпроводящие высокочастотные главные линейные ускорители, каждый длиной 11 км, где они будут разгоняться до 250 ГэВ. При этой энергии каждый луч будет иметь среднюю мощность около 5,3 мегаватт . Пять поездов-поездов будут производиться и ускоряться в секунду.

Для поддержания достаточной яркости для получения результатов в разумные сроки после ускорения сгустки будут сфокусированы до нескольких нанометров в высоту и нескольких сотен нанометров в ширину. Затем сфокусированные сгустки столкнутся внутри одного из двух детекторов крупных частиц .

  • Ниобий основанного 1,3 ГЦа девять-клеточная полость частоты сверхпроводящего радио для использования в главном ЛУ [10]

  • Внутренний вид ниобиевого сверхпроводящего высокочастотного резонатора

  • Криомодуля проходит проверку на Fermilab

  • Поперечное сечение криомодуля. Большая труба в центре - это труба возврата газообразного гелия. Закрытая труба под ней является осью луча.

  • К фланцу криомодуля подключаются провода и кабели КИПиА.

Предлагаемые сайты [ править ]

Первоначально три площадки для Международного линейного коллайдера были главными претендентами на создание центров физики высоких энергий в Европе. [11] В ЦЕРНе в Женеве туннель расположен глубоко под землей в непроницаемой скальной породе. Этот сайт был признан благоприятным по ряду практических причин, но из-за LHC сайт оказался в неблагоприятном положении. В DESY в Гамбурге туннель находится близко к поверхности в водонасыщенной почве. Германия лидирует в Европе по финансированию научных исследований и поэтому считается надежной с точки зрения финансирования. В ОИЯИ в Дубне тоннель находится близко к поверхности в непроницаемом грунте. Дубнаимеет предварительный ускорительный комплекс, который можно было бы легко адаптировать для нужд ILC. Но все три более или менее подходили для размещения линейного коллайдера, и у одного был широкий выбор для процесса выбора места в Европе.

За пределами Европы интерес проявил ряд стран. Япония получает большое финансирование для нейтринных мероприятий, таких как эксперимент T2K , что не в ее пользу, хотя в Японии уже построено 20 огромных пещер с туннелями для доступа к гидроэлектростанциям (например, ГЭС Каннагава ). После закрытия Теватрона некоторые группы в США проявили интерес к Фермилабу.является популярным местом из-за уже имеющихся помещений и рабочей силы. Большая часть предполагаемого интереса со стороны других стран была слухами изнутри научного сообщества, и очень мало фактов было опубликовано официально. Информация, представленная выше, является кратким изложением информации, содержащейся на Международном семинаре по линейным коллайдерам 2010 (Совместное совещание ECFA-CLIC-ILC) в ЦЕРНе. [12]

Экономический кризис 2008 года заставил Соединенные Штаты и Соединенное Королевство урезать финансирование проекта коллайдера [13], что привело к позиции Японии как наиболее вероятной принимающей стороны для Международного линейного коллайдера. [14] На 23 августа 2013, сайт комитета по оценке японской физики высоких энергий сообщества предложила она должна быть расположена в Китаками горах в Иватэ и Мияги префектур . [15] По состоянию на 7 марта 2019 года правительство Японии заявило, что оно не готово поддержать строительство коллайдера из-за его высокой предполагаемой стоимости, составляющей примерно 7 миллиардов долларов. Об этом решении частично сообщил Научный совет Японии.. Японское правительство в настоящее время ищет денежную поддержку со стороны других стран для финансирования этого проекта. [16]

Стоимость [ править ]

В Отчете по эталонному проекту стоимость строительства МЛЦ, исключая НИОКР, прототипирование, приобретение земли, затраты на подземный сервитут, детекторы, непредвиденные обстоятельства и инфляцию, оценивается в 6,75 миллиарда долларов США [17] (в ценах 2007 года). Ожидается, что после официального утверждения проекта завершение ускорительного комплекса и детекторов займет семь лет. Принимающая страна должна будет заплатить 1,8 миллиарда долларов на расходы на конкретном участке, такие как рытье туннелей и шахт, а также водоснабжение и электричество.

Бывший министр энергетики США Стивен Чу оценил общие расходы в 25 миллиардов долларов. Директор ILC Бариш сказал, что это, скорее всего, завышенная оценка. Другие официальные лица Министерства энергетики оценили общую сумму в 20 миллиардов долларов. [18] После завершения отчета о проектировании ILC за 2013 год Бариш сказал, что стоимость строительства ILC была эквивалентна 7,78 миллиардам долларов США в 2012 году; это потребует «22,6 миллиона часов труда и затрат с учетом местоположения, включая подготовку площадки, научные детекторы и эксплуатацию объекта». [19]

Заметки [ править ]

  1. ^ «Международный линейный коллайдер - ворота в квантовую Вселенную» . Сообщество ILC. 2007-10-18. Архивировано из оригинального (PDF) 02.03.2009 . Проверено 21 мая 2009 .
  2. ^ Хэмиш Джонстон. "Где должен быть построен Международный линейный коллайдер?" . Physicsworld.com . Проверено 2 августа 2012 .
  3. ^ «ILC - Статус проекта» . www.linearcollider.org . Архивировано из оригинала на 2016-09-27 . Проверено 14 декабря 2016 .
  4. ^ «Новый ускоритель элементарных частиц ILC не будет завершен до 2026 года, - говорит Франсуа Ришар (испанский)» . 2012-06-11. Архивировано из оригинала на 2012-07-02 . Проверено 2 августа 2012 .
  5. ^ a b "LCC - Linear Collaboration Collaboration" . www.linearcollider.org . Проверено 14 декабря 2016 .
  6. ^ Поскольку фактические столкновения происходят между составляющими протонов - кварками , антикварками и глюонами - эффективная энергия столкновений будет ниже 14000 ГэВ, но все же выше 500 ГэВ), типичное столкновение на LHC будет иметь более высокую энергию, чем энергия типичная коллизия ILC.
  7. ^ Г. Ааронс; и другие. (2007), Международный отчет по эталонному дизайну линейных коллайдеров, том 2: Физика в ILC (PDF) , arXiv : 0709.1893 , Bibcode : 2007arXiv0709.1893D
  8. ^ "Заключительный отчет международной группы рекомендаций по технологиям" (PDF) . ICFA (Международный комитет ускорителей будущего). 2004 . Проверено 19 ноября 2012 .
  9. ^ «Отчет о эталонном дизайне ILC» . ILC Global Design Effort и всемирное исследование. Август 2007. Архивировано из оригинального (PDF) 18 декабря 2008 года . Проверено 21 мая 2009 .
  10. ^ The International Linear Collider Technical Design Report 2013 . Международный линейный коллайдер. 2013 . Проверено 14 августа 2015 года .
  11. ^ Вильгельм Bialowons, Джон Эндрю Осборн и Григорий Ширков (31 марта 2010). «Исследование сайтов европейских ILC» (PDF) . ILC-HiGrade-Report-2010-004-1.
  12. ^ "Международный семинар по линейным коллайдерам 2010" . 22 октября 2010 г.
  13. ^ Рука, Эрик; Брамфил, Джефф (9 января 2008 г.). «Планы ускорителей застопорились после сокращений в США и Великобритании» . Природа . 451 (7175): 112–113. Bibcode : 2008Natur.451..112H . DOI : 10.1038 / 451112a . PMID 18185548 . 
  14. ^ Brumfiel, Geoff (14 декабря 2012). «Япония находится в выгодном положении для размещения крушителя частиц» . Природа . DOI : 10.1038 / nature.2012.12047 .
  15. ^ Келен Татл и Kathryn Джепсен (23 августа 2013). «Япония выбирает площадку-кандидат для линейного коллайдера» . Журнал Симметрия . Фермилаб . Проверено 23 августа 2013 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
  16. ^ Гаристо, Даниэль. «Япония откладывает решение о размещении следующего коллайдера крупных частиц» . Scientific American . Проверено 14 марта 2019 .
  17. ^ Overbye, Деннис (2007-02-08). «Цена следующего большого дела в физике: 6,7 миллиарда долларов» . NYTimes . Проверено 5 мая 2010 .
  18. ^ «Стоимость МЛЦ Чу Пегса составляет 25 миллиардов долларов» . ScienceInsider. 2009. Архивировано из оригинала на 5 января 2010 года.
  19. ^ Таттл, Кен (22 февраля 2013 г.). «Планы линейного коллайдера продвигаются вперед» . журнал симметрии . Проверено 8 марта 2017 .

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с Международным линейным коллайдером на Викискладе?
  • Международный веб-сайт линейного коллайдера
  • Лента новостей ILC
  • ILC за 2 минуты (видео, 2:07)
  • Действуй! Большой взрыв Тохоку. ~ Превращение Международного линейного коллайдера (ILC) в реальность ~ (видео, 21:31)
  • Карл Ван Биббер о NLC
  • В журнале симметрии :
    • Спецвыпуск , август 2005 г.
    • «Из коробки: проектирование МЛЦ» , март 2006 г.
  • Статья в New York Times
  • Статья в журнале Science
  • Превью статьи в Scientific American
  • Статья 1600 International Linear Collider
  • arXiv:
    • Отчет о техническом проектировании международного линейного коллайдера - Том 1: Краткое содержание
    • Отчет о техническом проектировании международного линейного коллайдера - Том 2: Физика
    • Отчет о техническом проектировании международного линейного коллайдера - Том 3.I: Исследования и разработки ускорителей на этапе технического проектирования
    • Международный отчет о техническом проектировании линейного коллайдера - Том 3.II: Базовый проект ускорителя
    • Отчет о техническом проектировании международного линейного коллайдера - Том 4: Детекторы