Ευρωπαίοι φυσικοί αποκαλύπτουν σχέδια για έναν επιταχυντή σωματιδίων που θα είναι μακρύτερος από τη Διώρυγα του Παναμά
Οι Ευρωπαίοι φυσικοί σωματιδίων κυκλοφόρησαν σήμερα ένα εννοιολογικό σχέδιο για έναν διάδοχο του μεγαλύτερου θρυμματιστή ατόμων στον κόσμο, του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) μήκους 27 χιλιομέτρων, ο οποίος διασχίζει τα σύνορα μεταξύ Ελβετίας και Γαλλίας. Η έκθεση ζητά έναν ακόμη μεγαλύτερο επιταχυντή, που θα είχε περιφέρεια 100 χιλιομέτρων, για να μελετήσει λεπτομερώς το μποζόνιο Higgs, το παράξενο νέο σωματίδιο που ο LHC ανακάλυψε με μεγάλη φανφάρα το 2012. Η νέα μηχανή, γνωστή προς το παρόν ως το μέλλον Το Circular Collider (FCC), θα κόστιζε 9 δισεκατομμύρια ευρώ. Θα ξεκινήσει τη λειτουργία του γύρω στο 2040, αφού ο LHC έχει προγραμματιστεί να κλείσει, σύμφωνα με δήλωση που εκδόθηκε από το CERN, το ευρωπαϊκό εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής κοντά στη Γενεύη της Ελβετίας.
Ο LHC συνθλίβει πρωτόνια σε πρωτόνια για να δημιουργήσει τις πιο ενεργητικές συγκρούσεις που είναι δυνατές αυτή τη στιγμή. Αντίθετα, το προτεινόμενο FCC θα συνθλίψει ηλεκτρόνια στα αντίστοιχα της αντιύλης, ποζιτρόνια σε ενέργειες 35 φορές χαμηλότερες από τον LHC (αλλά υψηλότερες από οποιονδήποτε προηγούμενο επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων). Οι συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων θα εξακολουθούσαν να είναι αρκετά ενεργητικές για να δημιουργήσουν μποζόνια Higgs, αλλά θα ήταν επίσης πολύ πιο καθαρές και ευκολότερες στην ανάλυση από τις συγκρούσεις του LHC. Αυτό συμβαίνει επειδή τα πρωτόνια είναι ακατάστατα αντικείμενα φτιαγμένα από άλλα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ και γκλουόνια. Αντίθετα, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια είναι, εξ όσων γνωρίζουν οι φυσικοί, αδιαίρετα θεμελιώδη σωματίδια.
Ο επιταχυντής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων θα αναζητούσε υπαινιγμούς της φυσικής πέρα από το κυρίαρχο τυπικό μοντέλο των επιστημόνων, αναζητώντας αποκλίσεις μεταξύ του τρόπου με τον οποίο διασπάται το Higgs και των τυπικών προβλέψεων μοντέλων. Το FCC θα χρησίμευε επίσης ως σκαλοπάτι σε έναν άλλο μελλοντικό επιταχυντή πρωτονίων που θα μπορούσε να φτάσει σε ενέργεια επτά φορές υψηλότερη από τον LHC, ο οποίος θα μπορούσε να δημιουργήσει νέα σωματίδια, την ύπαρξη των οποίων το ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο θα μπορούσε μόνο να συμπεράνει. Το μηχάνημα θα κόστιζε επιπλέον 15 δισεκατομμύρια ευρώ και θα χωρούσε στη σήραγγα της FCC στα μέσα της δεκαετίας του 2050 ή αργότερα. Η FCC θα βοηθούσε να γίνει αυτό το απόλυτο μηχάνημα πιο προσιτό καλύπτοντας το κόστος των 5 δισεκατομμυρίων ευρώ της σήραγγας.
Το CERN έχει πετύχει με τέτοια οράματα τούνελ στο παρελθόν. Κατασκεύασε τον Μεγάλο επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (LEP), ο οποίος λειτούργησε από το 1989 έως το 2001 και μελέτησε λεπτομερώς τα σωματίδια τυπικού μοντέλου που είχαν ανακαλυφθεί προηγουμένως που ονομάζονται μποζόνια W και Z. Στη συνέχεια, το CERN έβγαλε το LEP και κατασκεύασε το LHC στην ίδια σήραγγα.
Ωστόσο, οι Ευρωπαίοι φυσικοί έχουν ανταγωνισμό. Οι φυσικοί στην Κίνα έχουν τα δικά τους σχέδια να φτιάξουν έναν δακτύλιο ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων μήκους 100 χιλιομέτρων, ίσως μέχρι το 2030, και να τον ακολουθήσουν με έναν επιταχυντή πρωτονίων. Εν τω μεταξύ, οι φυσικοί στην Ιαπωνία ελπίζουν να κατασκευάσουν έναν γραμμικό επιταχυντή μήκους 20 χιλιομέτρων. Επίσης, θα συγκρούονταν ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια για να δημιουργήσουν μποζόνια Higgs. Οι ερευνητές στο CERN έχουν επίσης σχέδια για έναν γραμμικό επιταχυντή που λειτουργεί σε μια πιο νέα τεχνική επιτάχυνσης.
Η υπόθεση για την κατασκευή οποιουδήποτε νέου επιταχυντή είναι πιο αδύναμη από ό,τι ήλπιζαν οι φυσικοί σωματιδίων όταν ο LHC άρχισε να λαμβάνει δεδομένα το 2010. Ήλπιζαν ότι εκτός από —ή ίσως αντί — του Higgs, ο LHC θα εκτόξευε άλλα νέα σωματιδίων και να σπάσουν το επί δεκαετίες αδιέξοδο με το τυπικό μοντέλο. Ο LHC δεν έχει ακόμη παράγει τέτοια σωματίδια—αν και οι ερευνητές του CERN σχεδιάζουν να συλλέξουν πάνω από 10 φορές τα δεδομένα που έχουν τώρα. Ωστόσο, χωρίς κάποια πρόσθετη ανακάλυψη, οι φυσικοί μπορεί να αντιμετωπίσουν ένα δύσκολο ξεπούλημα για να πείσουν τις κυβερνήσεις να ξοδέψουν δισεκατομμύρια δολάρια για να μελετήσουν μόνο το Higgs.
