Физики приступили к составлению детальной научной программы HL-LHC
В соответствии с глобальным расписанием работы Большого адронного коллайдера нынешний сеанс Run 2 завершится в 2018 году. В 2021–2023 годах пройдет третий сеанс работы, и на этом первоначальный вариант проекта LHC будет считаться завершенным. Однако уже давно было решено, что затем, после глубокой модернизации ускорителя и детекторов, Большой адронный коллайдер заработает вновь — но уже на существенно более высокой светимости (см. краткое описание в публикации High Luminosity Large Hadron Collider HL-LHC). Техническая подготовка к этому режиму, который обозначается HL-LHC, идет полным ходом; достаточно сказать, что в ноябре 2017 года прошло уже седьмое ежегодное рабочее совещание по подготовке проекта HL-LHC.
Теперь физики плотно взялись и за обсуждение детальной научной программы HL-LHC. В конце прошлого года, 30 октября и 1 ноября, в ЦЕРНе прошло первое крупное рабочее совещание, посвященное физике на HL-LHC, а также, в еще более отдаленной перспективе, на HE-LHC, то есть LHC на повышенной энергии. Этим совещанием ЦЕРН положил начало целому процессу по детальной подготовке этой научной программы. В нее будет вовлечено большое число физиков, которые в рамках нескольких рабочих групп будут в течение 2018 года готовить детальные научные отчеты. Ожидается, что плотное взаимодействие экспериментаторов, феноменологов и теоретиков позволит четче сформулировать, что именно следует изучать на HL-LHC и как именно это лучше всего делать. Презентации всех докладов свободно доступны онлайн.
26
Показать комментарии (26)
Свернуть комментарии (26)
-
HE-LHC - это смена всех магнитов? Что-то пробовал полистать по ссылкам, но уж очень технические детали там всюду.
-
2й абзац тут немного описывает необходимый план мероприятий:
http://old.elementy.ru/LHC/novosti_BAK/432943/Proekt_HL_LHC_vstupaet_v_proizvodstvennuyu_fazu/t5271851/Modernizatsiya_LH C
Также, потребуется расширение собственно линий питания (ещё до сверхпроводящей части) для естесвенного повышения средней и пиковой мощности (тока).-
Вы невнимательны, или я невнимателен. Вы даёте ссылку на повышение количестваа частиц в ускорительном кольце, что будет вот-вот (HL стадия). А я спрашиваю как повысят их энергию (HE). Ведь чтобы повысить энергию, надо усилить магнитное поле, а это и есть бОльшая часть коллайдера.
Повысить количество относительно просто, надо "лишь" улучшить охлаждение, обновить детекторы, сгладить косяки с процессом заполнения коллайдера, чтобы всё было побыстрее, ещё фокусирующие магниты обновлялись. Пиковые мощности в проводах повышаются я так понимаю чтобы побыстрее "накачивать" магнитное поле в сверхпроводящие катушки, но сами катушки будут накачиваться до той же степени напряженности поля, только быстрее.-
Да, я не подумал, что Вы говорите про этап следующий от того, про который сейчас думают.
Там все конечно сложнее будет. Не могут же произвести обновление на большие энергии (что-то между 14 и планами на 100 ТэВ), уменьшив кол-во протонов, пролетающих за год через трубу? Или с точки зрения набора "обратных фемтобарн в год" все будет хорошо, и при существенном росте энергии (как было с 7 до 13 ТэВ) можно уменьшить количество протонов (или повысить радиус фокусировки)?
А по поводу "лишь улучшить детекторы". Да, нужно будет всего-то:
1) закупить на каждый год работы чуть больше винтов по 10-20 ТБ (какие там технологии будут в 20х годах?);
2) обеспечить самые быстрые (по меркам технологий 2017 года) канлы передачи данных;
3) обеспечить на всех стадиях обработки сигналов с детекторов - более быстрые процессоры и алгоритмы обработки данных, чуть больше оперативной памяти и т.д., само собой - вероятность ошибки в данных хотя бы на уровне вероятности "5 сигма".
По поводу "косяки с процессом заполнения коллайдера" - больше светимость подразумевает "больше в N раз протонов в пучках одновременно в коллайдере"? Тогда наверное нужно хотя бы во столько же раз более чистый вакуум (в терминах концентрации частиц и может давления = плотности кин. энергии) обеспечить или не обязательно?
По поводу катушек. Если вдруг разбираетесь в релятивистской динамике, то попытайтесь прикинуть, какую силу обеспечивают потоки протонов в кол-ве X штук на погонный метр кольца с магнитным полем этого участка ускорителя при энергии протонов X ТэВ и индукции магнитного поля Y Тл. Эту силу должно что-то компенсировать (прочность материала трубы - комплекса "магниты + соединяющие их конструкции").
По поводу HE-LHC. Моя идея в том, что при том же количестве частиц энергию излучения пучков LEP - 100+100 ГэВ должен обеспечивать поток частиц с энергией 183.6+183.6 ТэВ. Но, если протонов сейчас уже в N раз больше, то будет больше.
Хотя стоп, я наверное ошибся. Наверное поток энергии будет больше, так как при моей энергии скорее всего тот самый [процент] кинетической энергии переходит в излучение за 1 секунду.-
Чтобы повысить энергию протонов, надо более сильное магнитное поле, иначе протоны просто вылетят из кольца по инерции на первом же повороте, а магнитное поле ограничено возможностями использованных сверхпроводников, так что из катушек не выдавить поля больше, чем то, на что они рассчитаны. Улучшение детекторов требует чтобы процессоры работали годы в условиях жесткой радиации, а это не просто. Обычные процы при этом мало что сбоят, так ещё банально горят, причем без возможности восстановления, т.к. треки частиц дают точечные короткие замыкания; по этой причине процы для космоса приходится делать отдельно малыми сериями с хитрыми блоками защиты ячеек, что получается очень дорого, учитывая цену запуска в серию. Про силу взаимодействия - так магнитное поле взаимодействует грубо говоря само с собой, оно пытается разорвать катушку изнутри. И эта сила огромна, не знаю насколько, но я полагаю что сильно превышает энергию взаимодействия с протонами. Про силы давления протонов на катушки я не задумывался, считал что тут не очень много, хотя возможно тут есть какие-то неприятные вибрации. Это полагаю проще посчитать через знание импульсов каждого из протонов и знание времени обращения. Также я чутка не в теме, насколько повысится количество частиц в пучках, мне казалось что повысится частота заполнения-сброса пучков, а светимость повысят за счет лучшей фокусировки. Если так, то предварительные ускорители надо апгрейдить чтобы они очень быстро заполняли БАК. Сейчас если они могут потратить минут 20 на заполнение и ещё 20 тратит сам БАК на разгон, стабилизацию пучков (числа грубо), то надо чтобы заполнение шло почти мгновенно. Иначе коллайдер будет слишком долго простаивать между циклами работы.
Вашу идею про HE вообще не понял и особо не вникал, сорян.-
Идея про любой синхротрон с высокой энергией частиц. Вполне естесвенно предположить, что мощность синхротронного излучения зависит от 2 параметров - заряда частицы (тут может быть все не так просто при разгоне до тех же 7 ТэВ/протон ядер свинца), который равен для протона и электрона, и скорости (в случае релятивистких скоростей - фактора gamma).
Более точная идея кажется говорит, что мощность излучения зависит от энергии (по идее - кинетической) строго пропорционально. Скажем в кольце это будет какая-то степень "квадрата скорости деленного на радиус кольца".
Так вот, я подобрал такую величину энергии протонов, при которой Лоренц-фактор будет соответствовать паре электрон+позитрон с энергией 100+100 ГэВ (точно достигнуто в том самом кольце на LEP).
Более правильная формула (в приближении E>>mc^2) есть на Вики:
dE/dt~H^2 * gamma^2, где магнитное поле должно подстраиваться под наш радиус кольца.
Если построим совсем другой коллайдер с большим кольцом и тем же значением H, что было на LEP - сможем до 100+100 ТэВ разгонять.
P.S. А пока в планах набирать статистику 250/fb в год.
А для цепей питания уже предлагают как вариант ВСП YBCO или Bi-2223.
P.P.S. Для HL-LHC явно хотят уменьшить "beta*" с 55 см до 15 см и ещё какой-то параметр (в микронах) - в полтора раза (режим банчей по 25 нс), уменьшить геометрические потери.-
Синхротронное излучение является сдерживающим фактором лишь на электрон-позитронных коллайдерах. У протонных коллайдеров пока что такой проблемы нет (есть, но не очень значима, оно скорее чуть подогревает стенки трубы, которые приходится более интенсивно охлаждать) и проблемы не ожидается в ближайшие годы, даже на этапе HE-LHC, энергии не те. Так что про синхротронное излучение пока что забудь. Мы не можем разогнать протоны сильнее потому что их в кольце не удержать существующими магнитами - у массивной частицы большая инерция, они просто вылетают из кольца.
-
Ну да, mv^2/r > e*v/c*H (нерелятивистский случай). Нужно повышать магнитное поле, а значит и растет синхротронное излучение.
То есть при том же лоренц-факторе нужно что-то около в 1836 раз большая напряженность поля, чем была в LEP.
Более честное уравнение - что-то вроде F = dp/dt, где F и p - 4-вектора.
4-сила ЭМ поля:
http://goo.gl/dxWmwx-
Пардон, но вас переклинило на синхротронном излучении. Оно пока что не мешает, оно и дальше не должно мешать сильно даже если поле удвоим. Беда протонных коллайдеров что у нас нет способа сильно увеличить магнитное поле. Так что все ваши рассуждения про тот же лоренц-фактор на БАК как был на LEP - досужие размышления, не имеющие общего с технологией. Усилить поле - это не так уж и просто, потому что сверхпроводник имеет критическое значение магнитного поля и соответственно критический ток в нём, выше которого сверхпроводимость разрушается. Тут не выйдет как с медной катушкой - поддал побольше энергии в катушку, получил поле сильнее, проблему нагрева решат умельцы-техники. Тут чтобы усилить поле, надо менять всё, начиная с материала обмоток катушек, потому что старый поле держать не будет совсем вообще никак. А учитывая что это керамика, сверхпроводящая только в пределах монокристаллов, которая в общем-то не очень-то гнётся - тут уйма проблем как освоить новый сверхпроводник и сделать провода из него. В любом случае это замена почти всего коллайдера - вынуть магниты, выпотрошить, перемотать... да и перематывать скорее всего бесполезно, т.к. там внутри железное ярмо всё равно не рассчитано на такой магнитный поток и подобные механические нагрузки взаимодействия с полем. Так что это светит замена бОльшей части всех магнитов по всему кольцу - адова работа, считай, тут пришлось бы делать новый коллайдер, а оставить только детекторы и предварительную часть.
-
Поэтому я и пишу "построим совсем другой коллайдер с большим кольцом". То есть нам необходимо при достижимой на магнитах уровня энергии 13 ТэВ напряженности поля сделать больше радиус, в котором это поле будет сдерживать протоны.
Если что, я даже не знаю, какая конфигурация магнитоного поля сдерживает чатсицы в синхротроне (это кроме того, что оно переменное - для разгона индукция поля всегда должна "расти" или "падать" в точке прохождения пучка).
Я же не зря в формуле про центробежную силу писал. Чем больше радиус кольца, тем меньше нужна индукция (или там напряженность, но мы же про вакуум говорим) поля для удержания частицы с той же скоростью на орбите.
А по поводу излучения - да, оно при энергии даже 6.5 ТэВ от протона не очень большое. Только вот я не увеерн, что мощность идет как первая степень заряда. Ионы свинца никто конечно на той же светимости не гоняет, но может быть и в 100 раз меньшее число ядер при энергии 8 ТэВ на протон будут серьезно излучать.
P.S. А вакуум достаточно хороший, что бы детекторы не фиксировали захват электронов воздуха протонами (водорода или ядер свинца)?-
1) Строить 100км тоннель - идея прекрасная. Ученые одобрят. Но дорого.
2) конфигурация простая - поле практически постоянно и перпендикулярно плоскости кольца. В одном направлении летят протоны, в другом отклоняются, что задаёт плоскость. Поле направлено в перпендикулярном направлении ко всей плоскости. Т.е. поле не вдоль трубы, а поперёк трубы. Т.е. катушки тут сжаты-вытянуты в ооочень длинный эллипс длиной в 12 метров и шириной в несколько см, и таких катушек тысячи.
3) ускорительные секции есть, но они малы по длине в случае БАК. Ускоряться не проблема, проблема удержаться в кольце.
4) да, поле поворотных магнитов переменное, но только пока переменной будет скорость протонов. Когда протоны выходят на нужную скорость, поле будет постоянным.
5) про синхротронное излучение не обсуждаю
6) Захватить электроны протонами тут немного сложно. Т.к. то, что для нас быстрый протон, то для протона быстрые мы. Если протон столкнётся с электроном, то этот электрон пролетит на много-ГэВ-ной энергии сквозь него, шанс захватить стремится к нулю, а вот шанс отклониться в сторону и уйти в стенку трубы - уже есть.-
Значит скажем поставим ограничение, что покоящийся электрон в системе центра масс с протоном при столкновении может породить (на каждый случай нужна большая энергия протона и большая энергия столкнувшегося с электроном партона):
1) сигма-0-гиперон;
2) аналогичную частицу с составом udb;
3) при излучении чего-то - фотона скажем - родившийся b-кварк возбуждается до большей энергии (см. задачку про конфигурацию чего-то вроде пентакварка).
Правда уже для случая 2 нужна немалая энергия протона, если у нас в трубе температура вакуума 30-300 К.
-
-
-
-
Даешь 100 Тэв на кольце 100 км !!!
Физики серьезно полагают, что на повысив светимость, они обнаружат новую физику и новые частицы?? Что новые частицы имеют малые массы, просто их не видать за малыми сечениями? Мне жалко эти потерянные миллионы и десятилетия, бозон хиггса уже был, а больше ничего не найдут на этом коллайдере. А если даже найдут косвенные улики, это будет типа как косвенное открытие гравитационных волн. Никчемное дело по сравнению с прямым открытием гравитационных волн.-
Новые магниты, новые детекторы, новые предварительные ускорители - на этом фоне новый туннель, хоть 100км, хоть больше не выглядит устрашающе. По крайней мере, это самая предсказуемая часть работы. Не нужны никакие НИОКР, финансовая составляющая которых (да и сам успех) неопределен.
-
Тема интересная, и мне б самому хотелось бы понимать экономику науки. Т.е. соотношении затрат, сколько стоит разработка, изготовление, строительство тоннеля и заводов по производству хладогента и т.д. Как оно всё соотносится. Почему-то мне кажется что на фоне многомиллиардных затрат на стройку ученые-разработчики получают не очень много. Так что я наоборот, вложился бы в качественные инновации - в тот же мюонный коллайдер, к примеру.
-
Без повышения энергии все равно не обойтись никак. Сейчас освоены 2 способа: увеличить магнитное поле (нужна разработка новых магнитов, т.е НИОКР+деньги) и увеличить диаметр (только деньги). Можно подождать, пока будет придумано что-то другое, более эффективное.
-
Есть ещё варианты
- вложиться в математику и аналитику, более тщательно анализировать данные и находить менее очевидные аномалии (надо много ученых, их образование и финансирование, и ещё чутка денег на компьютеры)
- дать ход проектам фотонных и мюонных коллайдеров, сталкивать что-то новое (надо деньги и технологии)
- дать ход малым проектам, где за счет точности измерения какой-то одной величины есть шанс что-то понять или совсем ничего не понять (надо деньги и много идей, хотя идей всегда завались, а денег мало, и много раз по немного миллионов денег). Примером является свечение лазером в стену в надежде что фотон обратится в некую другую частицу и в таком виде стену сумеет прострелить.
О, я похоже понял что делали не так в экспериментах с лазером и стеной, или я неверно понял эти эксперименты. Надо делать всё не так! Ученые запутались и не понимают как надо. :)
Увеличение энергии ничего не гарантирует, равно как и эти варианты. Гарантии даёт только госстрах, как известно.-
Дополню новостью.
"Конструктивные ревизионисты" уже используют
проделанные эксперименты для поиска нового.
Это вполне естественный путь.
Нейтронная аномалия может указывать
на тёмную материю.(!)
https://tinyurl.com/yd9nk4rn
Оригинал обсуждаемого:
https://arxiv.org/abs/1801.01124
P.S."Землю не рыть" вообще,
а наводить порядок в
уже имеющемся.
-
-
-
-
-
-
Я так понимаю что почти все тяжелые частицы как-то проявляются в виде виртуальных, возникая на короткое время и являясь посредниками во взаимодействиях (если вообще взаимодействуют с обычными лёгкими частицами), и повышение точности измерений - тоже нормальное направление чтобы прощупать что-то. Прощупают - далее построят линейный коллайдер и исследуют детально, если будет что исследовать.
Ваше же сообщение сводится к идее "ученые запутались, боятся это признать, а пока зазря тратят НАШИ деньги". Вангую что автора этого поста забанят, а пост могут удалить.-
t-кварк смогли открыть в канале g+g -> t + anti-t на процессе столкновения протон-антипротон с энергией по 900 ГэВ (1.8 ТэВ против того, что сейчас 13 ТэВ) на совсем скромной статистике - что-то типа нескольких обратных pb.
В данном случае реализовался такой механизм:
"Процессы расщепления и слияния партонов приводят к тому, что их энергии не фиксированы, а с некоторой вероятностью могут быть любыми — от некого минимального значения и почти вплоть до энергии всего протона."
Конкретно, рожденный t-кварк требовал от глюона энергии около 19.23% полной кинетической энергии протона. Вероятность этого конечно низкая была, но с декабря 86 года по 95 год смогли набрать достаточно статистики для подтверждения факта существования частицы. -
Persicum с одной стороны прав, с другой не прав. На мой взгляд, он прав в том, что время гигантомании прошло. Возможно там, на больших энергиях, уже ничего нет. С другой стороны, время пришло для открытия и исследования новых свойств известных элементарных частиц. Эти исследования, в частности, возможны путем увеличения точности измерений и увеличения статистики.
Вообще говоря, все процессы подчиняются законам эволюции. В т.ч. процесс развития науки. Эволюционная ветвь, связанная с повышением энергии частиц, наткнулась на серьезное сопротивление. Поэтому, не случайно, при обсуждении направлений модернизации коллайдера речь идет об увеличении статистики и новых детекторах. Это направление хорошо поддерживается эволюционным процессом. Например, современная элементная база позволяет строить быстродействующие системы для точного управления пучками, что позволит улучшить их фокусировку. Интересно, что зигзаги эволюции могут легко решить проблему обработки гигантских массивов данных. Для этого можно задействовать вычислительные мощности центров по добыванию криптовалюты (аппаратура которых допускает перепрограммирование), по цене, близкой к стоимости электроэнергии.-
Всю теорию электрослабого объединения (бегущих констант) уже измерили с точностью до погрешности определения масс W- и Z-бозонов?
Хотя да, проблема LHC в том, что на анализ одного лишь Run2 уйдет много лет. Вот намеряют что-то до финальной остановки с целью окончания модернизации в HL-LHC. Пока будут проводить модернизацию, нужно будет обработать хотя бы такой объем результатов, что бы по каждому каналу распада осталось не учтенными максимум 1 событие на 2 миллиона.
-
-
-
-
Проектная светимость - 250 обратных фбарн в год.
Например, для всего "закрытия" аномалии ttH детектору ATLAS хватило статистики 36.1 обратных фбарн. Получили результат 1.17+/-0.19 (статистическая ошибка).
Наилучшее значение 590(+160/-150) фбарн при теоретическом предсказании СМ 507(+135/-50) фбарн. Значит, для идеального набора статистики нужно получить уменьшение погрешности хотя бы до (-90) вниз и (если это возможно) - уточнение теоретической модели в СМ для получение погрешности "вверх" хотя бы на уровне аналогичных +90.
-
-
-
-
-
-
-
подождите, высокая светимость это не только хорошо но и плохо, детекторы же захлебнутся и не смогут восанавливать вершины...
-
Ну раз решили поднять светимость, то похоже не захлебнутся.
Кроме того, как говорил Игорь, там всё равно по большей части ненужный мусор сыпется, так что если успевать просто идентифицировать "возможно полезные данные" или "скорее всего бесполезные данные" (вроде и сейчас так делают), то большое повышение светимости не так уж и сильно влиять будет (ну плюс и улучшение детекторов/обрабатывающих центров поможет).
Меня вот смущает, что в современной физике (могу ошибаться) данных собирают так много, что в полном объеме не получается их обработать (не хватает ни времени, ни вычислительных ресурсов, ни людей). По тому же LCHb статьи на основании статистики Run1 выходят (т.е. данных, собранных 4 года назад!).
Наверное не так конечно все плохо
Написать комментарий
Новости науки: физика
Новые измерения аномального магнитного момента мюона согласуются со Стандартной моделью
26.06 • Иван Логашенко
Тихий физик из Эдинбурга: памяти Питера Хиггса
15.04.2024 • Алексей Левин
Ядерный январь Эрнеста Резерфорда: как была раскрыта структура атома
29.01.2024 • Алексей Левин
Американский Комитет P5 определил приоритетные направления в физике элементарных частиц
22.12.2023 • Алексей Левин
