آیا یک رویکرد متفاوت می‌تواند سوپر برخورددهنده ابررسانا را نجات دهد؟ - دنیای فیزیک

سی سال پیش در این ماه، کنگره ایالات متحده رای به پایان دادن به برخورد دهنده ابررسانا (SSC) پس از صرف حدود 2 میلیارد دلار برای طراحی و ساخت آن داد. در آن زمان، نزدیک به یک سوم از تونل 87 کیلومتری آن تکمیل شده بود، اما مخالفان کنگره اصرار داشتند که SSC "میخ" شود تا نتواند بعداً مانند لازاروس از مردگان خارج شود. شفت های عمودی از تونل تا سطح (عکس را ببینید) تا حد امکان با غنائم حفاری پر شد و سپس اجازه داده شد تا با آب های زیرزمینی پر شود.

اکنون، 30 سال بعد، جامعه فیزیک پرانرژی جهان امیدوار است که برخورددهنده ای مشابه بسازد که در نهایت بتواند به برخورد پروتون-پروتون در انرژی های بسیار بالاتر از 15 TeV دست یابد. طرح های دقیقی برای چنین برخورد دهنده هایی در سرن و چین وجود دارد اما اراده سیاسی بسیار مهم و توافق بین‌المللی که برای ادامه آن لازم است، در جهان متلاشی‌شده و جهانی‌زدایی‌شده به‌طور فزاینده‌ای نادر است.

اگر ما یک درس از شکست SSC و موفقیت آن آموختیم برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC)، این است که همکاری بین المللی گسترده در مقیاس انرژی های برخورد پروتون در مقیاس چند ولت ولت الزامی است. این پروژه های عظیم و پرهزینه رویکردهای بسیار متفاوتی را اتخاذ کردند. در مورد SSC، فیزیکدانان آمریکایی تلاش کردند تا باتوم رهبری را به دست آورند به این امید که سایر کشورها از آن پیروی کنند و ابر برخورد دهنده را در یک سایت جدید "میدان سبز" در تگزاس بسازند.

پروژه LHC در عوض یک تلاش واقعی بین‌المللی بود که توسط فیزیکدانان اروپایی رهبری می‌شد و در CERN، یک آزمایشگاه فیزیک با انرژی بالا در جهان ساخته شد و کمک‌هایی را از کانادا، هند، ژاپن، روسیه و ایالات متحده جذب کرد. اما این روند در دوران پس از جنگ سرد رخ داد، زمانی که بسیاری از کشورهای بلوک شرق در تلاش برای دموکراتیک شدن و پیوستن به اقتصاد جهانی در حال جهانی شدن بودند.

لاک پشت و خرگوش

رویکرد محافظه کارانه دو مرحله ای سرن برای ساخت الکترون بزرگ پوزیترون (LEP) برخورد دهنده و بعداً LHC بسیار مهم بود. تحقیقات فیزیک بر روی LEP در سال 1989 آغاز شد، در حالی که کارهای دشوارتر طراحی و ساخت آهنرباهای ابررسانای قدرتمند و پیچیده LHC به موازات انجام می شد. در نتیجه، سرن توانست از طرح‌های آهنربای ابررسانای پیشرفته «دو در یک» استفاده کند که از نظر SSC به عنوان فناوری بسیار نابالغ و پرخطر حذف شده بود.

با نگاهی به گذشته، چنین رویکرد دو فازی به سازندگان SSC بسیار بهتر از جاده پیش‌رو می‌آمد - حفر همزمان یک تونل عظیم و توسعه آهن‌ربا برای پر کردن آن. تحقیقات فیزیک زیادی می‌توانست روی برخورددهنده الکترون-پوزیترون در همان تونل انجام شود.

در واقع، حتی ممکن است آزمایش‌هایی روی چنین برخورددهنده‌ای انجام شود بوزون هیگز را کشف کرد قبل از شروع قرن و سالها تحقیق بعدی در مورد رفتار آن انجام شد در حالی که مشکلات آهنربای ابررسانای سنگین در آن زمان مورد توجه قرار گرفت و حل شد.

با این حال، زمانی که SSC در دهه 1980 طراحی می شد، تعداد کمی از نظریه پردازان فکر می کردند که در جرمی تنها 125 گیگا ولت رخ می دهد. اکثرا تصور می کردند که باید با 1 TeV نشان داده شود. بنابراین نیاز مبرم به برخورد پرتوهای پروتون با انرژی 10-20 TeV وجود دارد., مطمئن بودن از کشف ذره - یا هر پدیده دیگری که مسئول جرم ذرات بنیادی است.

تنها پس از کشف کوارک بالا در تواترون فرمیلاب در اواسط دهه 1990، با جرم 175 گیگا ولت، نظریه پردازان شروع به تشخیص این موضوع کردند که چنین بوزون سبک هیگز واقعاً ممکن است، اگر نه محتمل. به گفته مدیرکل سابق سرن کریس لیولین اسمیتکه از سال 1994 تا 1998 این آزمایشگاه را رهبری می کرد، حتی فکر می کردند جرم آن می تواند نزدیک به 100 گیگا ولت باشد و ممکن است در LEP کشف شود.

بنابراین مایه تاسف است که تونل SSC بعد از سال 1993 ایجاد شد. ساخت کارخانه هیگز امروز در آنجا نسبتاً ساده است و فقط به تکمیل تونل، نصب آهنرباهای دمای اتاق و ساخت حداقل یک جفت آشکارساز ذرات بزرگ نیاز دارد. این امر به جامعه فیزیک پرانرژی راهی مناسب و اقتصادی برای دستیابی به چنین تأسیساتی می‌دهد - مسیری که مانند دو طرح دایره‌ای دیگر امروز با چالش‌های ژئوپلیتیکی و بودجه مواجه نیست..

و با آینده نگری بیشتر، یک رویکرد محافظه کارانه تر و چند مرحله ای برای رسیدن به مقیاس TeV - همانطور که در CERN دنبال شد - احتمالاً در کشف بوزون هیگز در Fermilab موفق می شد. برای زمانی که سرن در ژوئیه 2012 در حال آماده شدن برای اعلام کشف خود بود، فرمیلب با نتیجه سه سیگما به نتیجه رسید در کانال فروپاشی B-مزون، با استفاده از داده‌های سال‌های گذشته از یک برخورد دهنده پروتون-ضد پروتون 2 TeV.

حذف بزرگ انرژی بالا

هنگامی که یک گروه برجسته از دانشمندان به رهبری فیزیکدان دانشگاه استنفورد استنلی وویچیکی در حال ارزیابی آینده فیزیک انرژی بالا ایالات متحده در سال 1983 بود، Fermilab پیشنهاد ساخت 4-5 TeV را داد. برخورد دهنده اختصاصی کاملا در محدوده آزمایشگاه در نگاهی به گذشته، این برای کشف بوزون هیگز کافی بود، به ویژه اگر می‌توانستند در نهایت آهن‌رباهای ابررسانای قدرتمندتری نصب شوند.

این رویکرد به جای واگذاری کنترل به مهندسان مجتمع نظامی-صنعتی ایالات متحده، همانطور که در SSC اتفاق افتاد، مدیریت پروژه را در دستان یک تیم ماهر از فیزیکدانان شتاب دهنده نگه می داشت.

داستان LHC و SSC یک نمونه کلاسیک از افسانه معروف Aesop است. لاک پشت و خرگوش. لاک پشت در این مسابقه نیز برنده شد. اما اگر فیزیکدانان ذرات ایالات متحده رویکردهای محافظه کارانه تر و مقرون به صرفه تری را برای رسیدن به مقیاس انرژی TeV دنبال می کردند - به جای تلاش برای "جهش" همکاران اروپایی خود با یک تصادف چند میلیارد دلاری تگزاس برای ایجاد مجدد رهبری ایالات متحده در این زمینه - تاریخچه فیزیک انرژی بالا ممکن است بسیار متفاوت باشد.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/could-a-different-approach-have-saved-the-superconducting-super-collider/