13 мая 2007 г.

Адронные коллайдеры после LHC

В следующем году вступает в строй (на полную мощность) LHC. Большинство физиков сейчас потирает руки и предвкушает всякие разные данные с LHC, но отдельные дальновидные товарищи давно уже задаются вопросом: а что дальше?

В принципе, уже есть детальные планы на следующий ускоритель: линейный электрон-позитронный коллайдер с энергией в каждом пучке 0.5 ТэВ. Но линейный e+e- и адронный коллайдеры всё же имеют существенно разную программу исследований, поэтому уже сейчас хочется понять, можно ли будет построить протонный коллайдер с энергией больше, чем у LHC.

В Фермилабе сейчас проходит очередная встреча Fermilab Steering group, которая пытается понять, куда должна развиваться ускорительная физика в США в ближайшие годы. И один из докладов (High Energy Colliders, pdf, 1.1 Mb) был как раз посвящен планам на будущее, связанным с протонными коллайдерами сверхвысоких энергий.

Во-первых, описывается опция модернизации LHC с удвоением энергии (DLHC). Тут все просто: максимальная энергия LHC (7 ТэВ) ограничивается величиной магнитного поля в поворотных магнитах (8.33 Тесла). Никаких препятствий к дальнейшему ускорению протонов нет, но их просто нельзя будет удержать на орбите. Так что если магнитное поле увеличить вдвое, то соответственно возрастет и достижимая на LHC энергия пучков. Предполагается, что таких магнитных полей можно будет достичь с помощью нового магнита Nb3Sn, но потребуется еще с десяток лет, чтобы довести технологию до готовых ускорительных образцов.

Кстати, интересный пример взаимозависимости разных разделов физики: прогресс в материаловедении и физике конденсированных сред может привести к прорыву (открытию новых частиц?) в физике элементарных частиц.

Наверно, стоит пояснить, чем полезно увеличение энергии протонов.
Высокоэнергетический протон состоит из большого числа отдельных корпускул -- партонов. Когда сталкиваются два протона, то реально происходит столкновение двух партонов из встречных протонов. Число партонов вовсе не три, а значительно больше. Более того, число партонов с заданной энергией (скажем, 100 ГэВ) быстро растет с энергией родительского протона (от 7 ТэВ до 14 ТэВ). Поэтому увеличивая энергию протонов в пучке, мы не только можем рождать более тяжелые частицы, но и резко увеличиваем количество событий с умеренно тяжелыми частицами. Грубо говоря, если на LHC ожидалось, скажем, десять событий какого-то редкого типа, то в двойном LHC их будет уже несколько десятков.

Кроме удвоения энергии LHC сейчас рассматривается и возможность создание полностью нового коллайдера, условно называемого VLHC -- Very Large Hadron Collider. Идея состоит в следующем. Выкопаем полностью новый очень большой туннель, на это пойдет основная часть финансирования, а затем заполним его дешевыми и умеренно сильными магнитами.

Конкретный план предлагается такой. На террирории штата Иллиноис можно выкопать кольцевой туннель периметром 233 км и заставить его магнитами на 2 Тесла. При этом само устройство ускорителя, в частности, система охлаждения, а также его работа будет существенно дешевле, чем на LHC. Таким способом можно будет достичь энергии пучков 20 ТэВ, причем подчеркивается, что всё это возможно при уже существующих технологиях. Примерный план таков, что предварительный R&D может начаться около 2012 года, копание туннеля и монтаж -- около 2017 года, а в строй он вступит в районе 2024 года. К этому времени, LHC уже закончится, линейный электрон-позитронный коллайдер вероятно уже будет работать, а мюонный коллайдер еще нет.

Затем, если удастся получить магниты нужного качества (и стоимости) с магнитным полем выше 10 Тесла, в том же туннеле можно будет произвести модернизацию VLHC на энергию 100 ТэВ в пучке.

[Комментарии на Элементах]

Комментариев нет:

Отправить комментарий