Das CERN plant den Bau eines neuen Beschleunigers mit einer Tunnellänge von 100 km

Quelle: M.Brice / CERN

CERN ist die europäische Organisation für Kernforschung, das weltweit größte Labor für Hochenergiephysik. Es liegt an der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich in der Nähe von Genf. Es war CERN, das zusammen mit Partnern den Large Hadron Collider baute. Der LHC half dabei, viele Entdeckungen zu machen, die Wissenschaftlern halfen, die Struktur der Mikrowelt und die Gesetze, die in dieser Welt herrschen, besser zu verstehen.

Jetzt hat das CERN angekündigt, einen neuen Beschleuniger zu bauen, dessen Größe fünfmal so groß sein wird wie der LHC. Der Tunnel wird 100 Kilometer lang sein. Das neue System namens Future Circular Collider (FCC) heißt. Neulich veröffentlichte das CERN einen Entwurf eines neuen Projekts, das in vier Bänden veröffentlicht wurde.

Die Kosten für den neuen Beschleuniger werden auf 9 Milliarden US-Dollar geschätzt, von denen 5 Milliarden US-Dollar für die Schaffung eines Tunnels mit einer Länge von 100 km verwendet werden. Wissenschaftler planen, Energien von Elementarteilchen in der Größenordnung von 100 Tera-Elektronen-Volt zu erreichen. Anfangs kollidieren Elektronen und Positronen, aber dann wird der Kollider modifiziert und zu Proton-Proton-Strahlen umkonfiguriert (sie arbeiten mit ihnen im Large Hadron Collider).

Trotz des umfangreichen Berichts und der Vorbereitung einer soliden technischen Basis wird der Bau eines neuen Colliders frühestens 2040 beginnen. Der Text des Berichts wurde bereits an das European Physical Journal gesendet, der Preprint wurde auf der offiziellen Website des CERN veröffentlicht.

Es ist erwähnenswert, dass die Ergebnisse des LHC die wissenschaftliche Gemeinschaft etwas überraschten, da viele Experten erwarteten, dass, wenn die Teilchenenergie mehrere Tera-Elektronenvolt erreicht, neue Teilchen im Beschleuniger erscheinen werden. Vor dem LHC gab es viele Arbeiten, in denen das Auftreten verschiedener Teilchen bei Energien der obigen Ordnung vorhergesagt wurde. In der Praxis ist dies jedoch nicht geschehen - im LHC erreicht die Energie von Teilchenkollisionen 13 Tera-Elektronenvolt, aber es gibt keine neuen Teilchen.

Aus diesem Grund wurde beschlossen, einen noch leistungsstärkeren Kollider zu bauen, der Elementarteilchen auf Energien von Hunderten von Tera-Elektronen-Volt beschleunigen kann. Das Future Circular Collider (FCC) -Projekt wurde erstmals 2014 angekündigt. Dann veröffentlichte das CERN nur die ersten Berührungen des zukünftigen Projekts.

Jetzt wird das Projekt eingehender analysiert. Die vorläufigen Entwurfs- und Analysearbeiten haben mehr als fünf Jahre gedauert. An der Entwicklung des „Future Ring Collider“ nahmen 1300 Wissenschaftler aus mehr als 150 Universitäten teil.



Der erste Band befasst sich mit Fragen der modernen Physik der Mikrowelt. Die Verfasser des Bandes sprechen über das Potenzial der FCC, die möglichen Entdeckungen, die sie machen wird. Zum Beispiel hoffen Wissenschaftler, Teilchen dunkler Energie sowie massive Neutrinos zu entdecken. Die Physiker hoffen auch herauszufinden, wie das Higgs-Potential aufgebaut ist, wie und warum die Masse des Higgs-Bosons entsteht. Die FCC wird Quark-Gluon-Plasma und Phasenübergänge in der Theorie der elektroschwachen Wechselwirkungen untersuchen. Vielleicht hilft der Collider dabei, die Parameter bereits detektierter Partikel zu klären, einschließlich Vektorbosonen, Higgs-Bosonen und Top-Quarks.

Der zweite Band ist der Struktur und den Eigenschaften des Elektron-Positron-Kolliders gewidmet. Es ist ein technisches Design des Systems selbst. Experten zeigen, aus welchen Elementen der Beschleuniger bestehen wird, einschließlich Partikeldetektoren, Induktivitäten, Sicherheitssystemen usw. Die Entwickler planen, die Kollisionsenergie auf die Parameter von 90-365 Gigaelektronvolt zu bringen. Die Leuchtkraft wird 10 ³⁶ inverse Quadratzentimeter pro Sekunde überschreiten.

Der dritte Band enthüllt Details der Kollidermodifikation während des Übergangs zu Proton-Proton-Strahlen. In diesem Fall erreicht die Kollisionsenergie 100 Tera-Elektronenvolt mit einer Leuchtkraft von 10 ³⁵ inversen Quadratzentimetern pro Sekunde.

Der vierte Band enthüllt die Merkmale der Funktionsweise des Large Hadron Collider mit hohen Energien. Dieses System ist der Vorläufer der FCC, die darüber hinaus auf der vorhandenen LHC-Infrastruktur basiert. Die Kollisionsenergie am "Zwischen" -Kollider beträgt etwa 27 Tera-Elektronenvolt (doppelt so viel wie beim LHC), aber es werden viel weniger Ressourcen benötigt, um ihn zu erzeugen.

Jetzt, da der LHC modernisiert wird, begannen im vergangenen Jahr die Arbeiten zur Umwandlung des Colliders in ein leistungsfähigeres System. Bisher funktioniert der LHC nicht, alle Arbeiten daran wurden ausgesetzt. Die FCC plant den Bau neben dem LHC in der Nähe von Genf.