Skip to content
Home » Een “Retro” Collider-ontwerp voor een Higgs-fabriek

Een “Retro” Collider-ontwerp voor een Higgs-fabriek

    Een "Retro" Collider-ontwerp voor een Higgs-fabriek

    ? natuurkunde 15, 155

    De Cool Copper Collider is een nieuw voorstel voor een Higgs-producerende lineaire versneller die compacter zou zijn dan andere collider-ontwerpen.

    Emilio Nanni/SLAC

    Een prototypeversie van de Cool Copper Collider. De foto toont het centrale gebied waar de deeltjesbundels zouden passeren.

    In juli voltooiden deeltjesfysici in de VS het Snowmass-proces – een tienjarige gemeenschapsplanningsoefening die een visie smeedt van wetenschappelijke prioriteiten en toekomstige faciliteiten. Georganiseerd door de Division of Particles and Fields van de American Physical Society, hebben de Snowmass-bijeenkomsten van dit jaar een reeks plannen overwogen, waaronder neutrino-experimenten en muon-botsers. Een nieuw idee dat buzz opwekte, was de Cool Copper Collider (of C3 in het kort). Dit voorstel roept op tot het versnellen van deeltjes met conventionele of “normaal geleidende” radiofrequentie (RF) holtes – in tegenstelling tot de supergeleidende RF-holtes die in moderne botsers worden gebruikt. Dit “retro”-ontwerp zou potentieel 500 GeV-botsingsenergieën kunnen bereiken met een 8 km lange lineaire versneller, waardoor het aanzienlijk kleiner en vermoedelijk goedkoper is dan een vergelijkbaar supergeleidend ontwerp.

    Het doel van de C3 project zou zijn om te werken als een Higgs-fabriek, die – in deeltjesfysica-taal – een botser is die elektronen en hun antimateriepartners, positronen genaamd, bij energieën van meer dan 250 GeV samensmelt. Zo’n faciliteit zou heel veel Higgs-bosonen maken met minder rommel die ontstaat door het samenbreken van protonen en antiprotonen – zoals wordt gedaan bij de Large Hadron Collider (LHC) in Zwitserland. Een Higgs-fabriek zou nauwkeurigere metingen geven dan de LHC van de koppelingen tussen Higgs-bosonen en andere deeltjes, en mogelijk kleine discrepanties aan het licht brengen die zouden kunnen leiden tot nieuwe theorieën over deeltjesfysica. “Ik denk dat het Higgs het meest interessante deeltje is dat er is”, zegt Emilio Nanni van het SLAC National Accelerator Laboratory in Californië. “En we moeten absoluut een machine bouwen die erop is gericht deze met zo veel mogelijk precisie te bestuderen.”

    Maar een buitenstaander vraagt ​​zich misschien af ​​waarom er weer een Higgs-fabrieksvoorstel wordt toegevoegd aan het deeltjesfysica-menu. Een soortgelijk fabrieksontwerp – de International Linear Collider (ILC) – is al jaren in de maak, maar dat project is momenteel tot stilstand gekomen, omdat de Japanse regering haar steun voor de bouw van de faciliteit in Japan nog niet heeft bevestigd. In de coulissen wachten verschillende andere voorstellen voor grote deeltjesfysica, waaronder CERN’s Future Circular Collider en China’s Circular Electron Positron Collider.

    John Van Pelt/SLAC

    Een opengewerkt zicht op de 1 m lange C3 prototype, met de bovenste en onderste helften van de RF-holtes.

    Wat stelt C3 apart is de keuze van normaal geleidende RF-holtes voor het versnellen van deeltjes, terwijl de meeste machines tegenwoordig vertrouwen op supergeleidende RF-holtes. Elk systeem heeft zijn voordelen, waarbij normale geleiders betere versnellers zijn en supergeleiders energiezuiniger. Het feit dat natuurkundigen deze technologieën nu tegen elkaar afwegen is een beetje déjà vu, aangezien het voorlopige ontwerpwerk voor de ILC een supergeleidende optie afzette tegen een normaal geleidende optie bij kamertemperatuur. In 2004 besloot de deeltjesfysica-gemeenschap om met supergeleiders voor de ILC te gaan. “De supergeleidende benadering was volwassener en had een lager risico”, zegt Nanni. Maar in het afgelopen decennium is normaalgeleidende technologie beter geworden. In het bijzonder zijn onderzoekers erin geslaagd om de versnellingsgradiënten die geladen deeltjes langs een bundellijn voortstuwen, meer dan te verdrievoudigen.

    De recente verbeteringen in de technologie voor normaal geleiden zijn voortgekomen uit een beter begrip van “afbraak” – een ongewenste elektrische ontlading die wordt uitgezonden door de koperen spouwmuren. Om uitval te voorkomen, werden operators van versnellers traditioneel gedwongen om hun acceleratiegradiënten te beperken tot ongeveer 70 MV/m. Maar in het begin van de jaren 2000 ontdekten onderzoekers een verband tussen defecten en door warmte veroorzaakte defecten, en dat besef heeft geleid tot een nieuwe manier om defecten te voorkomen: koel de koperen wanden tot 80 K. Koper heeft bij deze lage temperatuur een hogere geleidbaarheid, waardoor de weerstandsverwarming die defecten veroorzaakt, wordt verminderd. Voorlopige experimenten toonden aan dat koel koper en andere verbeteringen in het ontwerp van de holtes veldsterktes tot 250 MV/m mogelijk maken zonder doorslag. “De hellingen die je kunt krijgen zijn echt ongelooflijk”, zegt Nanni.

    Deze ontwikkelingen inspireerden verschillende natuurkundigen om het idee van een normaal geleidende lineaire botser nieuw leven in te blazen. “Omdat er geen goed nieuws uit Japan kwam, hebben we besloten om te beginnen met het berekenen van hoe lang de machine zou moeten zijn en hoeveel het zou kunnen kosten”, zegt Caterina Vernieri van SLAC. Zij en andere collega’s schetsten een 8 km lange botser die hellingen tot 120 MV/m zou kunnen genereren. De machine zou aanvankelijk werken met een energie van 250 GeV, maar later upgraden naar 550 GeV. Ter vergelijking: de ILC – met zijn geplande gradiënt van 31 MV / m – zou 30 km moeten verlengen om 500 GeV te bereiken. Er zijn veel factoren die de kosten van een machine bepalen, maar het prijskaartje hangt over het algemeen samen met de lengte, zegt Nanni. De onderzoekers boden de C . aan3 idee ter overweging bij Snowmass. “We hadden het gevoel dat het een aantrekkelijke kans was die we aan de gemeenschap wilden aanbieden”, zegt Vernieri. “En het kreeg grip.”

    “Er moet nog veel gedemonstreerd worden, maar C3 belooft zeer gunstig af te steken bij andere, meer volwassen projecten en zou realistisch gezien in de VS kunnen worden gehost”, zegt Laura Reina van de Florida State University. Reina was een van de organisatoren van de Energy Frontier-groep bij Snowmass, die toekomstige projecten voor het bestuderen van de Higgs en andere zware deeltjes evalueerde. De volgende stap voor C3 is om een ​​9 meter lang experiment uit te voeren dat zou aantonen dat de technologie geen verrassingen zal opleveren aangezien lange stapels koele koperen holtes met elkaar verbonden zijn. Financiering voor dat demonstratieproject zal worden overwogen door het Particle Physics Project Prioritization Panel, dat de “verlanglijst” zal afronden die Amerikaanse deeltjesfysici in 2023 naar het Congres zullen sturen.

    “Twee belangrijke aspecten van C3 die heel opwindend zijn, zijn het vermogen om de kosten te verlagen en ook de tijd om een ​​Higgs-fabriek te bouwen”, zegt Meenakshi Narain van Brown University, een andere Snowmass-convener. Ze denkt dat de C3 Voorstel hielp om “de gemeenschap nieuw leven in te blazen”, vooral door de deelname van artsen in de vroege loopbaan aan te moedigen. Vernieri zit in deze vroege carrièregroep. “De natuurkundigen van mijn generatie willen graag begrijpen wat de toekomst is buiten de LHC en of we een machine zullen hebben”, zegt ze. Vernieri pleit voor C3, maar ze zou blij zijn met ILC of een ander project. “Ik zou dolgraag een Higgs-fabriek willen hebben, wat dat ook zou zijn.”

    – Michael Schirber

    Michael Schirber is corresponderend redacteur voor Natuurkunde tijdschrift gevestigd in Lyon, Frankrijk.


    vakgebieden

    recente artikelen

    Voor de liefde van neutrino's
    Deeltjes en velden

    Voor de liefde van neutrino’s

    Het CUPID-0-experiment heeft een nieuwe detectortechnologie gedemonstreerd die gericht is op neutrinoloos dubbel bètaverval. Lees verder “

    Een galactische deeltjesversneller identificeren
    <i>WWW</i>-productie bij deeltjesbotsingen aanpakken” src=”https://physics.aps.org/assets/10.1103/Physics.15.s105/figure/1/large”/></div>
</section>
<p>  Meer artikelen</section>
</div>
</div>			</article>
			<div class=