Viitoarea generaţie de accelerator de particule. Planul îndrăzneţ al lui CERN: un gigant lung de peste 100 de km
Laboratorul de fizica particulelor de lângă Geneva, Elveţia, a prezentat planul într-un raport tehnic făcut public pe 15 ianuarie, potrivit Nature.
Documentul conţine mai multe modele preliminare pentru un FCC (Future Circular Collider), care ar fi cel mai puternic accelerator de particule construit vreodată, cu diferite preţuri, de la 9 la 21 de miliarde de euro. Face parte dintr-un efort susţinut al europenilor, materializat în proiectul European Strategy Update for Particle Physics, având capacitatea de a influenţa viitorul domeniului chiar şi în a doua jumătate a secolului.
„Este un salt major, ca şi cum nu ai plănui o plecare la Marte, ci la Uranus”, a precizat Gian Francesco Giudice, care conduce departamentul teoretic al CERN.
După descoperirea bosonului Higgs în 2012, acceleratorul nu a mai descoperit alte particule, ceea ce duce la o încercare de ridicare a energiilor. „Astăzi, explorarea celor mai mari energii posibile cu ajutorul proiectelor îndrăzneţe este cea mai bună şansă de a scoate la iveală unele mistere ale naturii la un nivel fundamental”, a adăugat Giudice.
Nu toţi sunt convinşi că acceleratorul este o investiţie bună. „Nu există niciun motiv să credem că ar exista noi fenomene fizice în regimul de energie pe care l-ar putea atinge un astfel de accelerator”, a precizat Sabine Hossenfelder, fizician la Frankfurt Institute for Advanced Studies în Germania. „Acesta este coşmarul pe care toţi îl au în minte dar nu vor să vorbească despre el”, a adăugat aceasta.
Hossenfelder adaugă şi că sumele mari ar putea fi cheltuite pe alte tipuri de cercetare. Spre exemplu, aceasta susţine că instalarea unui telescop radio pe partea nevăzută a Lunii sau a unui detector de unde gravitaţionale pe orbită ar fi investiţii mai sigure în ceea ce priveşte descoperirile ştiinţifice.
Dar Michael Benedikt, fizicianul de la CERN care a realizat raportul FCC, a precizat că o astfel de instalaţie ar merita construită indiferent de rezultatele ştiinţifice. „Aceste eforturi şi proiecte reprezintă începuturile unor reţele, creând legături între instituţiile din multe ţări, ceea ce este un argument foarte bun pentru demararea unor proiecte ştiinţifice de o asemenea anvergură”, a precizat acesta. Dar cercetătorul recunoaşte că un argument similar poate fi şi pentru alte proiecte de amploare.
Opţiunile
Studiul FCC a început în 2014 şi a implicat mai mult de 1.300 de colaboratori de la programul de finanţare Horizon 2020 al Comisiei Europene. Multe dintre scenarii arată săparea unui tunel de 100 km lângă tunelul lui LHC. Costul pentru acesta şi pentru infrastructura asociată se va ridica în jurul valorii de 5 miliarde de euro.
O maşinărie construită într-un astfel de tunel ar lovi electronii şi omologii săi ai antimateriei, pozitronii, cu energii de până la 365 gigaelectronvolţi. Astfel de coliziuni ar permite cercetătorilor să studieze bosonul Higgs cu o acurateţe mai ridicată faţă de un accelerator proton-proton precum LHC. Noul program de cercetare ar începe doar undeva în 2040, după ce LHC, inclusiv o versiune îmbunătăţită planificată, ar deveni perimat.
Fizicienii au avut în plan şi construirea lui ILC (International Linear Collider) după LHC, care ar folosi tot electroni şi pozitroni, dar faptul că LHC nu a găsit alte fenomene a dus la scăderea interesului pentru ILC, întrucât ILC ar atinge energii suficiente pentru a studia bosonul Higgs, dar nu pentru a descoperi alte noi particule care pot exista la energii mai mari, aşa cum şi-au propus savanţii de la CERN.
O altă opţiune prezentată în raport este un accelerator proton-proton de 15 miliarde de dolari, construit în acelaşi tunel dar cu energii de până la 100.000 GeV, mult mai mari faţă de capacitatea maximă a LHC de 16.000 GeV. Însă, cel mai probabil, este prioritară construirea unui accelerator electron-pozitron, iar abia după aceea, în a doua jumătate a secolului XXI, se poate construi noul accelerator.
Mai este nevoie de multe studii şi dezvoltări, de aceea ar avea mult mai mult sens construirea unui accelerator cu energie mai scăzută, cel puţin în primă fază. „Dacă am avea un tunel de 100 km pregătit mâine, am putea începe să construim imediat un accelerator electron-pozitron pentru că tehnologia deja există”, a precizat Giudice. Dar este nevoie de mai multe studii pentru a crea magneţii necesari pentru energii mai mari”, a adăugat cercetătorul.
Competiţia din China
Wang Yifang, directorul (IHEP) Institute of High Energy Physics din China a precizat că CERN va putea duce proiectul la îndeplinire fără niciun dubiu. „CERN are o istorie lungă de succese. Are capacităţile tehnologice, abilităţile manageriale şi o relaţie bună cu guvernele”, a precizat acesta.
Wang conduce un proiect similar în China şi spune că ambele proiecte vor ajunge la aceleaşi concluzii în ceea ce priveşte descoperirile ştiinţifice şi fezabilitatea tehnică. În particular, este o alegere naturală a coliziunilor electron-pozitron şi abia apoi a celor proton-proton.
Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:
Large Hadron Collider, acceleratorul de particule de la CERN, a fost închis pe o perioadă de 2 ani