Fysikere fremskynder planerne for en ny Large Hadron Collider tre gange så stor

En international liga af forskere sætter gang i den årtier lange proces med at udvikle efterfølgeren til Large Hadron Collider, verdens største og mest kraftfulde partikelaccelerator.

Mere end 500 forskere samledes i Berlin, Tyskland, fra 29. maj til 2. juni for at diskutere partikelfysikkens fremtid. Arrangementet blev arrangeret af Future Circular Collider (FCC) Study, et internationalt samarbejde mellem fysikere, og fokuserede på at udvikle den næste Large Hadron Collider (LHC), som bliver syv gange mere kraftfuld.

Værten er CERN, Den europæiske organisation for nuklear forskning, LHC er i spidsen for partikelforskning og fremskynder højenergipartikelbjælker omkring en 27 kilometer lang loopet tunnel. Det kolliderer disse partikler for at frigive ekstreme energiniveauer, og ved at gøre det, søger at afsløre de undvigende byggesten i universet.

I 2012, LHC bekræftede eksistensen af ​​Higgs-bosonen - den sidste usete elementarpartikel i fysikkens standardmodel, den der giver masse til alt stof i vores univers. Men at finde Higgs -bosonen endte med at efterlade fysikere med flere spørgsmål end svar.

EuroCirCol, en fireårig europæisk finansieret undersøgelse, undersøger nu fremtidige eksperimenter og den nødvendige teknologi for at komme dertil. Projektet lægger grundlaget for en partikelaccelerator tre gange større end LHC, med magneter med dobbelt styrke, der gør det muligt for forskere at smadre partikelstråler sammen med en effekt på op til 100 tera-elektronvolt-en acceleration af partikler, der stort set svarer til 10 millioner lynnedslag.

Ifølge professor Michael Benedikt, leder af FCC, dette energispring kunne lade os få øje på tidligere uobserverede partikler endnu tungere end Higgs -bosonen, som ville give en dybere indsigt i de love, der styrer universet.

"Når man ser på ting som galaksernes bevægelse, vi ser, at vi kun kan forstå og forklare omkring 5 % af det, vi observerer, " siger prof. Benedikt, som også er projektkoordinator for EuroCirCol.

"Men med spørgsmål som det såkaldte problem med mørkt stof, som er knyttet til det faktum, at galakser og stjerner ikke bevæger sig, som du ville forvente dem, den eneste forklaring, vi har, er, at der skal være noget, vi ikke ser, som forvrænger bevægelsen i overensstemmelse hermed. "

Et andet spørgsmål, der skal stilles, er, hvorfor en ny kollider er nødvendig, når man bygger LHC, verdens største videnskabsanlæg, blev først færdig i 2008 og kostede omkring 4 mia. EUR.

Til at starte med, LHC sidder ikke inaktiv. Det er på jagt efter yderligere partikler og signaturer af fysik indtil midten af ​​2020'erne, hvorefter den skal opgraderes i ti år med en øget hastighed af partikelkollisioner.

Og det faktum, at LHC officielt tog næsten 30 år at oprette, fra den første planlægning til at trykke på kontakten, betyder, at forskere allerede skal begynde at planlægge for dens efterfølger.

Professor Carsten P. Welsch, fysikchef ved University of Liverpool, siger, at menneskeheden, der ønsker at forstå de bagvedliggende naturprincipper, ikke er den eneste drivkraft bag sådan videnskab.

"Fysikkens skønhed er, at vi har disse to tråde, "sagde professor Welsch, der også er kommunikationskoordinator for EuroCirCol. "På den ene side er det at stille de helt grundlæggende spørgsmål, men på den anden side, det er ikke at glemme, at der næsten altid er et direkte link til applikationer, der gavner samfundet med det samme. "

Tim Berners-Lee, en britisk videnskabsmand ved CERN, opfandt World Wide Web i 1989, men LHC førte også til andre gennembrud som hadronterapier til behandling af kræft og fremskridt inden for medicinsk billeddannelse.

Ifølge professor Welsch, den næste LHC kan føre til mere strålingsresistente materialer, der kan bære større kraft, som er gældende for fremtidige atomreaktorer og kraftnet.

"Ligeledes, højfeltsmagneterne vil finde direkte anvendelser på hospitaler, hvor teknologier som MR-scanninger kan forbedre deres opløsninger med øget magnetfeltstyrke."

Fremtidens fysik

Professor Benedikt er overbevist om, at acceleratorens designkoncepter "vil føre til den præstation, vi ønsker og har brug for". En prototype af det avancerede kryogene strålevakuumsystem, der kræves til FCC, testes allerede i Tyskland, men uanset det endelige koncept, Professor Benedikt siger, at 2018 vil forme tekniske krav og indgå i FCC -undersøgelsen for at starte forberedelserne.

Den formidable bedrift at skabe den næste LHC ville kræve globalt samarbejde, tung finansiering og forskere stadig aktive i 20 år, på hvilket tidspunkt prof. Welsch regner med, at han er gået på pension.

Derfor siger han, at meget af FCC -arrangementet er dedikeret til opsøgende arbejde; fristende skoler og offentligheden med proton fodbold, en interaktiv LHC -tunnel, og augmented reality -acceleratorer.

Professor Welsch siger, at sidstnævnte giver alle mulighed for at lave deres egen virtuelle partikelaccelerator ved hjælp af en smartphone-app, der gør papirterninger trykt med QR-koder til højteknologiske komponenter.

"Jeg lagde en papirkasse på bordet, kameraet og appen ser det som en ionpartikelkilde, der sidder på mit kontorbord - ligner Pokémon Go - og her kan jeg se partikler flyve over mit skrivebord. Tilføjelse af en anden boks, Jeg kan se, hvordan en magnet bøjer mine partikler og så videre. "

Han siger, at sådan opsøgning er afgørende for ikke kun at bringe de næste generationer ind i videnskaben, men sikre, at alle stadig kan oprette forbindelse til og blive begejstret af mere specialiseret forskning.

"Vi har haft syv-årige børn, WHO, når de bliver spurgt, hvad de laver, fortæl deres mødre, at de afleder ladede partikler ved hjælp af dipolmagneter. "