Europæiske fysikere afslører planer for en partikelcollider, der ville være længere end Panamakanalen

En kunstner s indtryk af en partikelkollision i CERN s fremtidige collider

CERN

Europæiske fysikere afslører planer for en partikelcollider, der ville være længere end Panamakanalen

Af Adrian ChoJan. 15, 2019, 16:55

Europæiske partikelfysikere frigav i dag et konceptuelt design til en efterfølger til verdens største atomudviklingsmaskine, den 27 kilometer lange Large Hadron Collider (LHC), der ligger rundt grænsen mellem Schweiz og Frankrig. Rapporten kræver en endnu større accelerator, der ville være 100 kilometer i omkreds, for at undersøge detaljeret Higgs boson, den underlige nye partikel, som LHC opdagede til stor fanfare i 2012. Den nye maskine, der for øjeblikket er kendt som fremtiden Circular Collider (FCC), ville koste milliarder. Det ville starte operationerne omkring 2040, efter at LHC er planlagt til at lukke ned, ifølge en erklæring udstedt af CERN, det europæiske partikelfysiklaboratorium nær Genève, Schweiz.

LHC smadrer protoner til protoner for at generere de mest energiske kollisioner, der i øjeblikket er muligt. I modsætning hertil ville den foreslåede FCC smadre elektroner i deres antimaterielle modstykker, positroner ved energier 35 gange lavere end LHC (men højere end nogen tidligere elektron-positron-collider). Elektron-positron-kollisionerne ville stadig være energiske nok til at skabe Higgs-bosoner, men de ville også være langt renere og lettere at analysere end LHC s kollisioner. Det skyldes, at protoner er rodede genstande lavet af andre partikler kaldet kvarker og gluoner. I modsætning hertil er elektroner og positroner så vidt fysikerne ved, udelelige grundlæggende partikler.

Elektron-positron-collideren ville se efter antydninger til fysik ud over forskere herskende standardmodel ved at søge efter uoverensstemmelser mellem hvordan Higgs forfald og standardmodells forudsigelser. FCC ville også tjene som et springbræt til en anden fremtidig protoncollider, der kunne nå en energi, der er syv gange højere end LHC, hvilket kan sprænge til eksistens nye partikler, hvis eksistens elektronpositronen kun kunne udlede. Maskinen koster yderligere 15 milliarder og ville passe ind i FCC s tunnel i midten af ​​2050'erne eller senere. FCC ville hjælpe med at gøre den ultimative maskine mere overkommelig ved at dække tunnelens milliarder omkostninger.

CERN har lykkedes med sådanne tunnelvisioner før. Det byggede den store elektron-positron (LEP) collider, der fungerede fra 1989 til 2001 og studerede i detaljer tidligere opdagede standardmodellpartikler kaldet W- og Z-bosonerne. CERN rev derefter LEP'en ud og byggede LHC i samme tunnel.

Europæiske fysikere har imidlertid konkurrence. Fysikere i Kina har deres egne planer om at bygge en 100 kilometer lang elektronpositronring, måske inden 2030, og følge den med en protoncollider. I mellemtiden håber fysikere i Japan at opbygge en 20 kilometer lang lineær collider med lige skud. Det ville også kollidere elektroner og positroner for at generere Higgs-bosoner. Forskere ved CERN har også planer om en lineær collider, der arbejder på en mere ny accelerationsteknik.

Sagen til opbygning af en ny collider er svagere end partikelfysikere havde håbet, at det ville være, da LHC begyndte at tage data i 2010. De havde håbet, at ud over - eller måske i stedet for - Higgs, ville LHC sprænge andre nye partikler og bryde deres årtier lange stilstand med standardmodellen. LHC har endnu ikke produceret sådanne partikler - selvom CERN-forskere planlægger at indsamle mere end 10 gange de data, de har nu. Uden nogen yderligere opdagelse kan fysikere dog have et hårdt salg ved at overbevise regeringerne om at bruge milliarder af dollars for at studere Higgs alene.