مصادم دائري مستقبلي

«المُصادم الدائري المستقبلي» (إف سي سي) (بالإنجليزية: Future Circular Collider (FCC)) هومسرع جسيمات مُقترح سيخلف «مصادم الهدرونات الكبير» (إل إتش سي) وسيتمتع بطاقة أعلى بكثير من المصادمات الدائرية السابقة (إس بّي إس، وتيفاترون، وإل إتش سي). عند إدخال الحزم الجسيمية بطاقة 3.3 تيرا إلكترون فولت، ستكتسب جميع حزمة طاقة إجمالية قدرها 560 ميغا جول. مع اصطدامها بطاقة 100 تيرا إلكترون فولت بالنسبة لمركز كتلة الجسيمات (لقاء 14 تيرا إلكترون فولت في إل إتش سي)، ستزداد قيمة الطاقة الإجمالية لتصل إلى 16.7 غيغا جول. تتجاوز قيم الطاقة الإجمالية هذه قيم إل إتش سي الحالية بنحو30 ضعفًا.

أجرى مختبر «سيرن» دراسة حول إف سي سي للبحث في جدوى تصميمات مختلفة لمصادم الجسيمات بهدف زيادة الطاقة و«الضيائية» بدرجة كبيرة مقارنة بالمصادمات الحالية. يهدف المختبر لاستكمال التصميمات التقنية الحالية لمصادمات الإلكترون/البوزيترون الخطية (آي إل سي وسي إل آي سي).

ستستكشف الدراسة إمكانيات المصادمات الدائرية للهادرونات والليبتونات، عن طريق إجراء تحليل لمفاهيم البنية التحتية والتشغيل للمصادم والنظر في برامج البحث والتطوير في مجال التكنولوجيا اللازمة لبناء وتشغيل مصادم دائري مستقبلي. نُشر تصميم مفاهيمي في أوائل عام 2019، في الوقت المناسب للتحديث التالي للـ «استراتيجية الأوروبية لفيزياء الجسيمات».

الهدف من بناء المصادم

طور إل إتش سي فهمنا للمادة و«النموذج العياري» (إس إم) بشكل كبير. أكمل اكتشاف «بوزون هيغز» محتوى الجسيمات في النموذج العياري لفيزياء الجسيمات، وهي النظرية التي تصف القوانين التي تحكم معظم الكون المعروف. ومع ذلك، لا يستطيع النموذج العياري شرح الكثير مما جرى رصده، مثل:

دليل على المادة المظلمة.
هيمنة المادة على المادة المضادة.
كتل جسيمات النيوترينو.

بدأ مصادم إل إتش سي فترة جديدة من الدراسات المُفصلة لخصائص بوزون هيغز وكيفية تفاعله مع الجسيمات الأخرى في النموذج العياري. يفترض أن تساهم المصادمات المستقبلية ذات الطاقة ومعدل الاصطدام الأعلى في إجراء هذه القياسات إلى حد كبير، لتعميق فهمنا لعمليات النموذج العياري، واختبار حدوده والبحث عن الانحرافات المحتملة أوالظواهر الجديدة التي يمكن حتى تفتح الأبواب أمام فيزياء جديدة.

تطور دراسة إف سي سي خيارات البناء الخاصة بمصادم دائري رائد ذي طاقة عالية في سيرن ليخلف مصادم إل إتش سي في المستقبل. من بين أشياء أخرى، من المخطط حتى يبحث المصادم الجديد عن جسيمات المادة المظلمة، التي تكون نحو25% من الطاقة في الكون المرصود. على الرغم من عدم قدرة تجارب المصادمات على تفحص المدى الكامل لكتل المادة المظلمة المسموح بها عبر عمليات الرصد الفيزيائية الفلكية، هناك فئة واسعة جدًا من نماذج «جسيمات التفاعل الضعيف الضخمة» (دبيلوآي إم بّي) بكتلة تتراوح بين الغيغا إلكترون فولت وعشرات التيرا إلكترون فولت، التي يمكن حتى تقع في نطاق طاقة إف سي سي.

يمكن حتى يقود إف سي سي أيضًا إلى تطور قياسات «أرصاد دقة التفاعلات الكهروضعيفة» (إي دبليوبّي أوه). لعبت القياسات دورًا رئيسيًا في توحيد النموذج العياري ويمكنها توجيه التطورات النظرية المستقبلية. بالإضافة لذلك، يمكن لنتائج هذه القياسات حتى تفيد بيانات عمليات الرصد الفيزيائية الفلكية والكونية. تزيد الدقة المحسّنة التي يوفرها برنامج إف سي سي المتكامل من إمكانية اكتشاف فيزياء الجديدة.

المراجع

^ https://cds.cern.ch/record/2651300/files/CERN-ACC-2018-0058.pdf pg. 248, Beam Parameters gives GJ of total energy based on number of protons per bunch and number of bunches [10,400] in FCC-hh: https://www.wolframalpha.com/input/?i=10400*1.0*(10%5E11)*100*(10%5E12)*1.602*(10%5E-19) نسخة محفوظة 19 فبراير 2020 على مسقط واي باك مشين.
^ Benedikt, M.; Zimmermann, F. (Spring 2015). "Future Circular Collider (FCC) Study". FIP Newsletter. مؤرشف من الأصل في 05 يوليو2018. اطلع عليه بتاريخ 04 يوليو2018.
^ Benedikt, M.; Zimmermann, F. (28 March 2014). "The Future Circular Collider Study". CERN Courier. مؤرشف من الأصل في 05 يوليو2018. اطلع عليه بتاريخ 04 يوليو2018.
^ "Future Circular Collider: Conceptual Design Report". FCC Study Office. CERN. 2018. مؤرشف من الأصل في 02 أغسطس 2019. اطلع عليه بتاريخ 15 يناير 2019.
^ . مؤرشف من الأصل في 19 فبراير 2020. اطلع عليه بتاريخ 19 فبراير 2020. Invalid |script-title=: missing prefix (مساعدة)
↑ Koratzinos, M.; Blondel, A.; Aumon, S.; Cook, C.; Doblhammer, A.; Haerer, B.; Holzer, B.; Tomas, R.; Zimmermann, F.; Wienands, U.; Medina, L.; Boscolo, M.; Bogomyagkov, A.; Shatilov, D.; Levichev, E. (2015). "Data". arxiv.org. arXiv:1506.00918.