Colisionador circular futuro - Future Circular Collider
| Anillos de almacenamiento que se cruzan | CERN , 1971–1984 |
|---|---|
| Colisionador de protones y antiprotones ( SPS ) | CERN , 1981–1991 |
| ISABELLE | BNL , cancelado en 1983 |
| Tevatron | Fermilab , 1987–2011 |
| Super colisionador superconductor | Cancelado en 1993 |
| Colisionador de iones pesados relativista | BNL , 2000-presente |
| Gran Colisionador de Hadrones | CERN , 2009-presente |
| Colisionador circular futuro | Propuesto |
El Future Circular Collider ( FCC ) es un acelerador de partículas post- LHC propuesto con una energía significativamente superior a la de los colisionadores circulares anteriores ( SPS , Tevatron , LHC ). El proyecto FCC examina escenarios para tres tipos diferentes de colisiones de partículas: colisiones de hadrones (protón-protón e iones pesados) en un diseño de colisionador conocido como FCC-hh, colisiones electrón-positrón en un diseño de colisionador conocido como FCC-ee y protón– colisiones de electrones en un diseño de colisionador conocido como FCC-eh.
En FCC-hh, cada haz tendría una energía total de 560 MJ. Con una energía de colisión en el centro de masa de 100 TeV (frente a 14 TeV en el LHC), el valor de energía total aumenta a 16,7 GJ. Estos valores de energía total superan el LHC actual en casi un factor de 30.
El CERN organizó un estudio de la FCC que exploraba la viabilidad de diferentes escenarios de colisionadores de partículas con el objetivo de aumentar significativamente la energía y la luminosidad en comparación con los colisionadores existentes. Su objetivo es complementar los diseños técnicos existentes para colisionadores lineales de electrones / positrones ( ILC y CLIC ).
El estudio explora el potencial de los colisionadores circulares de hadrones y leptones , realizando un análisis de los conceptos de infraestructura y operación y considerando los programas de investigación y desarrollo de tecnología que se requieren para construir y operar un colisionador circular futuro. Se publicó un informe de diseño conceptual a principios de 2019, a tiempo para la próxima actualización de la Estrategia europea para la física de partículas .
Fondo
El estudio del CERN se inició como respuesta directa a la recomendación de alta prioridad de la Estrategia europea actualizada para la física de partículas, publicada en 2013, que pedía que "el CERN debería realizar estudios de diseño para proyectos de aceleradores en un contexto global, con énfasis en protón-protón y máquinas de frontera de alta energía de electrones y positrones. Estos estudios de diseño deberían combinarse con un programa de I + D de aceleradores vigoroso, que incluya imanes de alto campo y estructuras de aceleración de alto gradiente, en colaboración con institutos nacionales, laboratorios y universidades de todo el mundo ". El objetivo era informar a la próxima Actualización de la Estrategia Europea para la Física de Partículas (2019-2020) y a la comunidad física en general sobre la viabilidad de los colisionadores circulares que complementen estudios previos para colisionadores lineales, así como otras propuestas para experimentos de física de partículas.
El lanzamiento del estudio de la FCC también estuvo en línea con las recomendaciones del Panel de Priorización de Proyectos de Física de Partículas de los Estados Unidos (P5) y del Comité Internacional para Aceleradores Futuros (ICFA).
El descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC, junto con la ausencia hasta ahora de cualquier fenómeno más allá del Modelo Estándar en colisiones en el centro de energías de masa de hasta 8 TeV, ha despertado el interés en futuros colisionadores circulares para empujar las fronteras de la energía y la precisión. complementando estudios para futuras máquinas lineales. El descubrimiento de un bosón de Higgs "ligero" con una masa de 125 GeV renovó la discusión sobre un colisionador circular de leptones que permitiría estudios detallados y mediciones precisas de esta nueva partícula. Con el estudio de un nuevo túnel de circunferencia de 80-100 km (ver también VLHC ), que encajaría en la región de Ginebra, se descubrió que un futuro colisionador circular de leptones podría ofrecer energías de colisión de hasta 400 GeV (permitiendo así la producción de top quarks) a una luminosidad sin precedentes. El diseño de FCC-ee (anteriormente conocido como TLEP (Triple-Large Electron-Positron Collider)) combinaba la experiencia adquirida por LEP2 y las últimas fábricas B.
Dos limitaciones principales del rendimiento del acelerador circular son la pérdida de energía debida a la radiación de sincrotrón y el valor máximo de los campos magnéticos que se pueden obtener al doblar imanes para mantener los haces de energía en una trayectoria circular. La radiación de sincrotrón es de particular importancia en el diseño y optimización de un colisionador circular de leptones y limita el alcance máximo de energía que se puede alcanzar ya que el fenómeno depende de la masa de la partícula acelerada. Para abordar estos problemas, se necesita un diseño de máquina sofisticado junto con el avance de tecnologías como cavidades de aceleración (RF) e imanes de alto campo.
Futuros colisionadores de leptones de "frontera de intensidad y luminosidad" como los considerados por el estudio de la FCC permitirían estudiar con muy alta precisión las propiedades del bosón de Higgs , los bosones W y Z y el quark top , precisando sus interacciones con una precisión al menos un orden de magnitud mejor que hoy. El FCC-ee podría recolectar 10 ^ 12 bosones Z, 10 ^ 8 pares W, 10 ^ 6 bosones de Higgs y 4 x 10 ^ 5 pares de quarks superiores por año. Como segundo paso, un colisionador de "frontera energética" a 100 TeV (FCC-hh) podría ser una "máquina de descubrimiento" que ofrezca un aumento de ocho veces en comparación con el alcance energético actual del LHC .
El proyecto integrado de FCC, que combina FCC-ee y FCC-hh, se basaría en una infraestructura técnica y organizativa compartida y rentable, como fue el caso de LEP seguido de LHC. Este enfoque mejora en varios órdenes la sensibilidad a los fenómenos esquivos a baja masa y en un orden de magnitud el descubrimiento de nuevas partículas en las masas más altas. Esto permitirá mapear de manera única las propiedades del bosón de Higgs y el sector electrodébil y ampliar la exploración de diferentes partículas candidatas de materia oscura complementando otros enfoques con haces de neutrinos, experimentos sin colisionadores y experimentos astrofísicos.
Motivación
El LHC ha avanzado mucho en nuestra comprensión de la materia y el Modelo Estándar (SM). El descubrimiento del bosón de Higgs completó el contenido de partículas del Modelo Estándar de Física de Partículas , la teoría que describe las leyes que gobiernan la mayor parte del Universo conocido. Sin embargo, el modelo estándar no puede explicar varias observaciones, como:
- evidencia de materia oscura ,
- prevalencia de la materia sobre la antimateria ,
- las masas de neutrinos .
El LHC ha inaugurado una nueva fase de estudios detallados de las propiedades del bosón de Higgs y la forma en que interactúa con las otras partículas SM. Los futuros colisionadores con una mayor energía y tasa de colisión contribuirán en gran medida a realizar estas mediciones, profundizarán nuestra comprensión de los procesos del Modelo Estándar, probarán sus límites y buscarán posibles desviaciones o nuevos fenómenos que podrían proporcionar pistas para una nueva física.
El estudio Future Circular Collider (FCC) desarrolla opciones para posibles colisionadores circulares fronterizos de alta energía en el CERN para la era posterior al LHC. Entre otras cosas, planea buscar partículas de materia oscura, que representan aproximadamente el 25% de la energía en el universo observable. Aunque ningún experimento en colisionadores puede sondear el rango completo de masas de materia oscura (DM) permitidas por las observaciones astrofísicas, existe una clase muy amplia de modelos para partículas masivas de interacción débil (WIMP) en la escala de masa de GeV - 10 de TeV, y que podría estar en el rango de la FCC.
FCC también podría liderar el progreso en las mediciones de precisión de observables de precisión electrodébiles (EWPO). Las mediciones jugaron un papel clave en la consolidación del Modelo Estándar y pueden orientar futuros desarrollos teóricos. Además, los resultados de estas mediciones pueden informar datos de observaciones astrofísicas / cosmológicas. La precisión mejorada que ofrece el programa integrado de la FCC aumenta el potencial de descubrimiento de nuevas físicas.
Además, FCC-hh permitirá la continuación del programa de investigación en colisiones de iones pesados ultrarelativistas de RHIC y LHC. Las energías y luminosidades más elevadas que ofrece FCC-hh al operar con iones pesados abrirán nuevas vías en el estudio de las propiedades colectivas de los quarks y gluones.
El estudio de la FCC también prevé un punto de interacción de electrones con protones (FCC-eh). Estas mediciones de dispersión inelástica profunda resolverán la estructura del partón con una precisión muy alta, proporcionando una medición precisa por mil de la constante de acoplamiento fuerte. Estos resultados son esenciales para un programa de mediciones de precisión y mejorarán aún más la sensibilidad de la búsqueda de nuevos fenómenos, particularmente en masas más altas.
Alcance
El estudio de la FCC originalmente puso énfasis en el colisionador de alta energía de protón-protón (hadrón o iones pesados) que también podría albergar un colisionador de frontera de alta intensidad de electrones / positrones (ee) como primer paso. Sin embargo, después de evaluar la disponibilidad de las diferentes tecnologías y la motivación física, la colaboración de FCC llegó con el llamado programa integrado FCC previsto como un primer paso FCC-ee con un tiempo de operación de aproximadamente 10 años en diferentes rangos de energía de 90 GeV a 350 GeV, seguido de FCC-hh con un tiempo de funcionamiento de unos 15 años.
La colaboración de la FCC ha identificado los avances tecnológicos necesarios para alcanzar la energía e intensidad planificadas y realiza evaluaciones de viabilidad tecnológica para elementos críticos de futuros colisionadores circulares (es decir, imanes de alto campo, superconductores, cavidades de radiofrecuencia, sistema criogénico y de vacío, sistemas de energía, haz sistema de pantalla, ao). El proyecto necesita avanzar en estas tecnologías para cumplir con los requisitos de una máquina post-LHC, pero también para garantizar la aplicabilidad a gran escala de estas tecnologías que podrían conducir a su mayor industrialización. El estudio también proporciona un análisis de la infraestructura y el costo de operación que podría asegurar la operación eficiente y confiable de una futura infraestructura de investigación a gran escala. La I + D estratégica que se ha identificado en el CDR durante los próximos años se concentrará en minimizar los costos de construcción y el consumo de energía, al tiempo que se maximiza el impacto socioeconómico con un enfoque en los beneficios para la industria y la capacitación.
Los científicos e ingenieros también están trabajando en los conceptos de detector necesarios para abordar las cuestiones de física en cada uno de los escenarios (hh, ee, he). El programa de trabajo incluye estudios de experimentos y conceptos de detectores para permitir la exploración de nueva física. Las tecnologías de los detectores se basarán en conceptos experimentales, las actuaciones proyectadas del colisionador y los casos de física. Deben desarrollarse nuevas tecnologías en diversos campos, como la criogenia, la superconductividad, la ciencia de los materiales y la informática, incluidos nuevos conceptos de procesamiento y gestión de datos.
Colisionadores
El estudio de la FCC desarrolló y evaluó tres conceptos de acelerador para su informe de diseño conceptual.
FCC-ee (electrón / positrón)
Un colisionador de leptones con energías de colisión en el centro de masa entre 90 y 350 GeV se considera un paso intermedio potencial hacia la realización de la instalación de hadrones. Las condiciones experimentales limpias han dado a los anillos de almacenamiento e + e - un sólido récord tanto para medir partículas conocidas con la más alta precisión como para explorar lo desconocido.
Más específicamente, la alta luminosidad y el manejo mejorado de los haces de leptones crearían la oportunidad de medir las propiedades de las partículas Z, W, Higgs y superiores, así como la fuerte interacción, con mayor precisión.
Puede buscar nuevas partículas que se acoplan al Higgs y bosones electrodébiles hasta escalas de Λ = 7 y 100 TeV. Además, las mediciones de desintegraciones invisibles o exóticas de los bosones de Higgs y Z ofrecerían un potencial de descubrimiento de materia oscura o neutrinos pesados con masas por debajo de 70 GeV. En efecto, la FCC-ee podría permitir investigaciones profundas sobre la ruptura de la simetría electrodébil y abrir una amplia búsqueda indirecta de nueva física en varios órdenes de magnitud en energía o acoplamientos.
La realización de un colisionador de leptones de frontera de intensidad, FCC-ee, como primer paso requiere una fase preparatoria de casi 8 años, seguida de la fase de construcción (toda la infraestructura civil y técnica, máquinas y detectores, incluida la puesta en servicio) que dura 10 años. Se proyecta una duración de 15 años para la operación posterior de la instalación de FCC-ee, para completar el programa de física actualmente previsto. Esto hace un total de casi 35 años para la construcción y operación de FCC-ee.
FCC-hh (protón / protón e ión / ión)
Un futuro colisionador de hadrones de frontera energética podrá descubrir portadores de fuerza de nuevas interacciones hasta masas de alrededor de 30 TeV, si existen. La energía de colisión más alta extiende el rango de búsqueda de partículas de materia oscura mucho más allá de la región TeV, mientras que los socios supersimétricos de quarks y gluones se pueden buscar en masas de hasta 15-20 TeV y la búsqueda de una posible subestructura dentro de los quarks se puede extender hacia abajo. a escalas de distancia de 10-21 m. Debido a la mayor energía y la tasa de colisión, se producirán miles de millones de bosones de Higgs y billones de quarks superiores, creando nuevas oportunidades para el estudio de las desintegraciones raras y la física del sabor.
Un colisionador de hadrones también ampliará el estudio de Higgs y las interacciones del bosón gauge a energías muy por encima de la escala TeV, proporcionando una forma de analizar en detalle el mecanismo subyacente a la ruptura de la simetría electrodébil.
En colisiones de iones pesados, el colisionador FCC-hh permite la exploración de la estructura colectiva de la materia en condiciones de densidad y temperatura más extremas que antes.
Finalmente, FCC-eh se suma a la versatilidad del programa de investigación que ofrece esta nueva instalación. Con la enorme energía proporcionada por el haz de protones de 50 TeV y la disponibilidad potencial de un haz de electrones con energía del orden de 60 GeV, se abren nuevos horizontes para la física de la dispersión inelástica profunda . El colisionador FCC-he sería tanto una fábrica de Higgs de alta precisión como un poderoso microscopio que podría descubrir nuevas partículas, estudiar las interacciones quark / gluón y examinar una posible subestructura adicional de la materia en el mundo.
En el escenario integrado de FCC, la fase preparatoria para un colisionador de hadrones de frontera energética, FCC-hh, comenzará en la primera mitad de la fase de operación de FCC-ee. Después de la parada de la operación de FCC-ee, se llevará a cabo la remoción de la máquina, las actividades de ingeniería civil limitadas y una adaptación de la infraestructura técnica general, seguida de la instalación y puesta en servicio de la máquina y el detector FCC-hh, que tomará en total unos 10 años. Se proyecta una duración de 25 años para la operación posterior de la instalación de FCC-hh, resultando en un total de 35 años para la construcción y operación de FCC-hh.
La implementación por etapas proporciona una ventana de tiempo de 25 a 30 años para I + D en tecnologías clave para FCC-hh. Esto podría permitir que se consideren tecnologías alternativas, por ejemplo, imanes superconductores de alta temperatura, y debería conducir a parámetros mejorados y riesgos de implementación reducidos, en comparación con la construcción inmediata después del HL-LHC.
LHC de alta energía
Un colisionador de hadrones de alta energía ubicado en el mismo túnel, pero utilizando nuevos imanes dipolares FCC-hh clase 16T, podría extender la frontera energética actual en casi un factor 2 (energía de colisión de 27 TeV) y ofrece una luminosidad integrada de al menos un factor de 3. más grande que el HL-LHC. Esta máquina podría ofrecer una primera medición del autoacoplamiento de Higgs y producir directamente partículas a tasas significativas a escalas de hasta 12 TeV, casi duplicando el alcance del descubrimiento de HL-LHC para la nueva física. El proyecto reutiliza la infraestructura subterránea del LHC existente y gran parte de la cadena de inyectores del CERN.
Se supone que HE-LHC acomodará dos puntos de interacción de alta luminosidad (IP) 1 y 5, en las ubicaciones de los presentes experimentos ATLAS y CMS, mientras que podría albergar dos experimentos secundarios combinados con inyección como para el presente LHC.
El HE-LHC podría suceder al HL-LHC directamente y proporcionar un programa de investigación de unos 20 años después de mediados del siglo XXI.
Tecnologias
Dado que el desarrollo de un acelerador de partículas de próxima generación requiere nueva tecnología, el estudio de FCC ha estudiado los equipos y máquinas que se necesitan para la realización del proyecto, teniendo en cuenta la experiencia de proyectos de aceleradores pasados y presentes.
Las bases de estos avances se están sentando en programas de I + D específicos:
- un imán acelerador de campo alto de 16 tesla e investigación de superconductores relacionada,
- un sistema de aceleración por radiofrecuencia de 100 MW que puede transferir energía de manera eficiente desde la red eléctrica a los haces,
- una infraestructura criogénica a gran escala altamente eficiente para enfriar los componentes del acelerador superconductor y los sistemas de refrigeración que lo acompañan.
Se necesitan muchas otras tecnologías de diversos campos (física de aceleradores, imanes de alto campo, criogenia, vacío, ingeniería civil, ciencia de materiales, superconductores, ...) para un funcionamiento fiable, sostenible y eficiente.
Tecnologías magnéticas
Los imanes superconductores de campo alto son una tecnología habilitadora clave para un colisionador de hadrones fronterizo. Para dirigir un haz de 50 TeV sobre un túnel de 100 km, serán necesarios 16 dipolos tesla, el doble de la fuerza del campo magnético del LHC.
Los principales objetivos de una I + D sobre imanes dipolo de 16 T Nb 3 Sn para un acelerador de partículas grandes son demostrar que este tipo de imanes son viables en calidad de acelerador y garantizar un rendimiento adecuado a un coste asequible. Por lo tanto, los objetivos son llevar el rendimiento del conductor más allá de los límites actuales, reducir el "margen en la línea de carga" con la consiguiente reducción del uso del conductor y el tamaño del imán y la elaboración de un diseño de imán optimizado que maximice el rendimiento con respecto al costo.
La I + D de imanes tiene como objetivo ampliar el rango de funcionamiento de los imanes aceleradores basados en superconductores de baja temperatura (LTS) hasta 16 T y explorar los desafíos tecnológicos inherentes al uso de superconductores de alta temperatura (HTS) para los imanes aceleradores en el 20 T distancia.
Cavidades de radiofrecuencia superconductoras
Los haces que se mueven en un acelerador circular pierden un porcentaje de su energía debido a la radiación de sincrotrón : hasta un 5% en cada vuelta para electrones y positrones, mucho menos para protones e iones pesados. Para mantener su energía, un sistema de cavidades de radiofrecuencia proporciona constantemente hasta 50 MW a cada haz. El estudio de la FCC ha lanzado líneas dedicadas de I + D sobre la novedosa tecnología de recubrimiento de película delgada superconductora que permitirá operar las cavidades de RF a temperaturas más altas (CERN, Courier, abril de 2018), lo que reducirá los requisitos eléctricos para la criogenia y reducirá el número requerido de cavidades. gracias a un aumento de la pendiente acelerada. Una actividad de I + D en curso, llevada a cabo en estrecha cooperación con la comunidad de colisionadores lineales, tiene como objetivo aumentar la eficiencia máxima de los klistrones del 65% a más del 80%. Las cavidades de aceleración de Nb- Cu de alto gradiente de temperatura más alta y las fuentes de energía de RF de alta eficiencia podrían encontrar numerosas aplicaciones en otros campos.
Criogenia
La licuefacción de gas es una operación de tecnología criogénica que consume mucha energía . Los futuros colisionadores de leptones y hadrones harían un uso intensivo de dispositivos superconductores de baja temperatura, operados a 4.5 K y 1.8 K, que requieren una distribución, recuperación y almacenamiento a gran escala de fluidos criogénicos.
Como resultado, los sistemas criogénicos que deben desarrollarse corresponden de dos a cuatro veces los sistemas actualmente desplegados y requieren una mayor disponibilidad y máxima eficiencia energética. Se espera que cualquier mejora adicional en la criogenia encuentre amplias aplicaciones en las técnicas de imágenes médicas.
El sistema de vacío de haz criogénico para un colisionador de hadrones de frontera energética debe absorber una energía de 50 W por metro a temperaturas criogénicas. Para proteger el orificio frío del imán de la carga del cabezal, el sistema de vacío debe ser resistente a los efectos de la nube de electrones, muy robusto y estable en condiciones de enfriamiento superconductor.
También debería permitir una rápida retroalimentación en presencia de efectos de impedancia. Deben desarrollarse nuevos materiales compuestos para lograr estas propiedades termomecánicas y eléctricas únicas para los sistemas de colimación . Dichos materiales también podrían complementarse con la exploración en curso del recubrimiento NEG de película delgada que se utiliza en la superficie interna de las cámaras de vacío de cobre.
Colimación
Un colimador de hadrones de 100 TeV requiere colimadores eficientes y robustos, ya que se esperan 100 kW de fondo de hadrones en los puntos de interacción. Además, son necesarios sistemas de control rápidos autoadaptables con espacios de colimación submilimétricos para evitar daños irreversibles en la máquina y gestionar los 8,3 GJ almacenados en cada viga.
Para abordar estos desafíos, el estudio de la FCC busca diseños que puedan soportar las grandes cargas de energía con una deformación transitoria aceptable y sin daños permanentes. Se investigarán nuevos compuestos con propiedades termomecánicas y eléctricas mejoradas en cooperación con los programas FP7 HiLumi LHC DS y EuCARD2.
Escala de tiempo
El Gran Colisionador de Hadrones en el CERN con su actualización de Alta Luminosidad es el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo y se espera que opere hasta 2036. Se han lanzado varias propuestas diferentes para una infraestructura de investigación post-LHC en física de partículas, incluyendo ambas lineales y máquinas circulares.
El estudio de la FCC explora escenarios para diferentes colisionadores de partículas circulares alojados en un nuevo túnel de circunferencia de 100 km, basándose en la tradición del LEP y LHC , que se encuentran en el mismo túnel de circunferencia de 27 km. Un plazo de 30 años es apropiado para el diseño y la construcción de un gran complejo de aceleradores y detectores de partículas.
La experiencia de la operación de LEP y LHC y la oportunidad de probar tecnologías novedosas en el LHC de alta luminosidad proporcionan una base para evaluar la viabilidad de un acelerador de partículas post-LHC. En 2018, la colaboración de la FCC publicó el Informe de diseño conceptual (CDR) de cuatro volúmenes como entrada para la próxima Estrategia europea para la física de partículas. Los cuatro volúmenes se centran en: (a) "Vol. 1 Physics Opportunities"; (b) "Vol. 2 FCC-ee: El colisionador de leptones"; (c) "Vol. 3 FCC-hh: El colisionador de hadrones"; y (d) "Vol. 4 El LHC de alta energía".
Organización
El estudio de la FCC, organizado por el CERN, es una colaboración internacional de 135 institutos de investigación y universidades y 25 socios industriales de todo el mundo.
El estudio de la FCC se lanzó como respuesta a la recomendación formulada en la actualización de la Estrategia europea para la física de partículas 2013, adoptada por el consejo del CERN . El estudio se rige por tres órganos: la Junta de Colaboración Internacional (ICB), el Comité Directivo Internacional (ISC) y el Comité Asesor Internacional (IAC).
El ICB revisa las necesidades de recursos del estudio y encuentra coincidencias dentro de la colaboración. De esta manera canaliza las contribuciones de los participantes de la colaboración con el objetivo de una red de contribuciones geográficamente bien equilibrada y complementaria por temas. El ISC es el órgano supervisor y principal de gobierno para la ejecución del estudio y actúa en representación de la colaboración.
El ISC es responsable de la correcta ejecución e implementación de las decisiones del ICB, derivando y formulando el alcance estratégico, las metas individuales y el programa de trabajo del estudio. Su trabajo es facilitado por el Grupo de Coordinación, principal órgano ejecutivo del proyecto, que coordina los paquetes de trabajo individuales y realiza la gestión diaria del estudio.
Finalmente, el IAC revisa el progreso científico y técnico del estudio y presentará recomendaciones científicas y técnicas al Comité Directivo Internacional para ayudar y facilitar las decisiones técnicas importantes.
Crítica
El acelerador de partículas propuesto por la FCC ha sido criticado por los costos, y el costo de la variante del colisionador de hadrones de frontera energética (FCC-hh) de este proyecto se proyecta en más de 20 mil millones de dólares estadounidenses. Los físicos también han cuestionado su potencial para realizar nuevos descubrimientos. La física teórica Sabine Hossenfelder criticó un video promocional relevante por describir una amplia gama de problemas abiertos en física, a pesar de que el acelerador probablemente solo tendrá el potencial de resolver una pequeña parte de ellos. Señaló que (a partir de 2019) "no hay ninguna razón por la que los nuevos efectos físicos, como las partículas que componen la materia oscura, deban ser accesibles en el próximo colisionador más grande".
La respuesta a esta crítica provino tanto de la comunidad física como de filósofos e historiadores de la ciencia que enfatizaron el potencial exploratorio de cualquier futuro colisionador a gran escala. En el primer volumen del Informe de diseño conceptual de la FCC se incluye una discusión detallada de la física. Gian Giudice , Jefe del Departamento de Física del CERN, escribió un artículo sobre el "Futuro de los colisionadores de alta energía", mientras que otros comentarios vinieron de Jeremy Bernstein , Lisa Randall , James Beacham , Harry Cliff y Tommaso Dorigo, entre otros. En una reciente entrevista teórica para el CERN Courier , Nima Arkani-Hamed describió el objetivo experimental concreto de un colisionador posterior al LHC: "Si bien no hay absolutamente ninguna garantía de que produzcamos nuevas partículas, definitivamente pondremos a prueba nuestras leyes existentes en la mayoría de los casos. ambientes extremos que jamás hayamos probado. Sin embargo, medir las propiedades del Higgs está garantizado para responder algunas preguntas candentes. [...] Una fábrica de Higgs responderá de manera decisiva a esta pregunta a través de mediciones de precisión del acoplamiento del Higgs a una serie de otras partículas en un entorno experimental muy limpio ". Además, ha habido algunas respuestas filosóficas a este debate, la más notable la de Michela Massimi, quien enfatizó el potencial exploratorio de los futuros colisionadores: "La física de altas energías ejemplifica maravillosamente una forma diferente de pensar sobre el progreso, donde el progreso se mide descartando posibilidades de vida. , al excluir con un alto nivel de confianza (95%) ciertos escenarios físicamente concebibles y mapear de esta manera el espacio de lo que podría ser objetivamente posible en la naturaleza. El 99,9% de las veces así es como progresa la física y en el tiempo restante alguien obtiene un Nobel Premio por descubrir una nueva partícula ".
Estudios para colisionadores lineales
Se aprobó una actualización de alta luminosidad del LHC [HL-LHC] para extender su vida útil hasta mediados de la década de 2030. La actualización facilitará la detección de procesos raros y mejorará las mediciones estadísticas.
El estudio Future Circular Collider complementa los estudios previos para colisionadores lineales. El Compact Linear Collider (CLIC) se lanzó en 1985 en el CERN. CLIC examina la viabilidad de un colisionador de leptones (electrones / positrones) de alta energía (hasta 3 TeV) y alta luminosidad.
El International Linear Collider es un proyecto similar al CLIC, planeado para tener una energía de colisión de 500 GeV. Presentó su Informe de diseño técnico en 2013. En 2013, los dos estudios formaron una asociación organizativa, Linear Collider Collaboration (LCC) para coordinar y avanzar en el trabajo de desarrollo global de un colisionador lineal.
Ver también
- Compact Linear Collider : otro acelerador de partículas lineal posterior al LHC planeado en el CERN
- International Linear Collider : otro acelerador de partículas lineal posterior al LHC planeado en Japón
- Colisionador circular de positrones de electrones : un colisionador circular propuesto en China
- Súper colisionador superconductor : un proyecto de colisionador circular de EE. UU. Con una circunferencia planificada de 87 km, abandonado en 1993