المصادم الخطي الدولي

الموسوعة الحرة
رسم بياني عام لمركز التعلم الآلي المخطط له استنادًا إلى تصميم المعجل لتقرير التصميم الفني

المصادم الخطي الدولي ( ILC ) هو مسرع جسيمات خطي مقترح . [1] ومن المخطط أن تبلغ طاقة الاصطدام 500  جيجا إلكترون فولت في البداية، مع إمكانية الترقية لاحقًا إلى 1000 جيجا إلكترون فولت (1 تيرا إلكترون فولت). وعلى الرغم من أن المواقع المقترحة المبكرة للمصادم الخطي الدولي كانت اليابان وأوروبا ( CERN ) والولايات المتحدة الأمريكية ( Fermilab )، [2] إلا أن مرتفعات كيتاكامي في محافظة إيواتي في شمال اليابان كانت محور جهود تصميم المصادم الخطي الدولي منذ عام 2013. [3] ووفقًا لمنسق الدراسة للكاشفات في المصادم الخطي الدولي، فإن الحكومة اليابانية على استعداد للمساهمة بنصف التكاليف. [4]

سيعمل المصادم الخطي الدولي على تصادم الإلكترونات بالبوزيترونات . وسيبلغ طوله ما بين 30 و50 كيلومترًا (19-31 ميلًا)، أي أكثر من 10 أضعاف طول مسرع ستانفورد الخطي الذي تبلغ طاقته 50 جيجا إلكترون فولت ، وهو أطول مسرع جسيمات خطي موجود. ويستند الاقتراح إلى مقترحات مماثلة سابقة من أوروبا والولايات المتحدة واليابان.

في نهج تدريجي، يمكن بناء المصادم الخطي الدولي في البداية عند 250 جيجا إلكترون فولت، لاستخدامه كمصنع هيغز . [5] سيكون طول هذا التصميم حوالي 20 كيلومترًا.

كما تجري دراسات لمشروع بديل، وهو المصادم الخطي المدمج (CLIC)، والذي سيعمل عند طاقات أعلى (تصل إلى 3 تيرا إلكترون فولت) في آلة بطول مماثل للمصادم الخطي الدولي. وقد تم توحيد هذين المشروعين، المصادم الخطي المدمج والمصادم الخطي الدولي، تحت مظلة تعاون المصادم الخطي . [6]

الخلفية: المسرعات الخطية والمسرعات السنكروترونية

هناك شكلان أساسيان للمسرعات. المسرعات الخطية ("المسرعات الخطية") تعمل على تسريع الجسيمات الأولية على طول مسار مستقيم. تستخدم المسرعات الدائرية ("المسرعات السنكروترونية")، مثل تيفاترون ، ومصادم الهادرونات الكبير ( LEP )، ومصادم الهدرونات الكبير (LHC)، مسارات دائرية. تتمتع الهندسة الدائرية بمزايا كبيرة عند طاقات تصل إلى عشرات الجيجا إلكترون فولت : مع التصميم الدائري، يمكن تسريع الجسيمات بشكل فعال لمسافات أطول. أيضًا، لا يصطدم سوى جزء ضئيل من الجسيمات التي يتم جلبها إلى مسار تصادم. في المسرع الخطي، تُفقد الجسيمات المتبقية؛ في المسرع الحلقي، تظل الجسيمات تدور وتكون متاحة للاصطدامات المستقبلية. عيب المسرعات الدائرية هو أن الجسيمات المشحونة التي تتحرك على طول مسارات منحنية ستصدر بالضرورة إشعاعًا كهرومغناطيسيًا يُعرف باسم إشعاع السنكروترون . إن فقدان الطاقة من خلال إشعاع السنكروترون يتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة لكتلة الجسيمات المعنية. ولهذا السبب فمن المنطقي بناء مسرعات دائرية للجسيمات الثقيلة ـ مصادمات الهدرونات مثل مصادم الهادرونات الكبير للبروتونات أو بدلاً من ذلك مصادمات النوى الرصاصية . ولن يتمكن مصادم الإلكترونات والبوزيترونات بنفس الحجم من تحقيق نفس طاقات التصادم. والواقع أن الطاقات في مصادم الهادرونات الكبير التي كانت تشغل النفق المخصص الآن لمصادم الهادرونات الكبير كانت محدودة بـ 209 جيجا إلكترون فولت بسبب فقدان الطاقة عبر إشعاع السنكروترون.

على الرغم من أن طاقة الاصطدام الاسمية في LHC ستكون أعلى من طاقة تصادم ILC (14000  جيجا إلكترون فولت لـ LHC [7] مقابل ~500 جيجا إلكترون فولت لـ ILC)، إلا أنه يمكن إجراء القياسات بدقة أكبر في ILC. إن التصادمات بين الإلكترونات والبوزيترونات أسهل بكثير في التحليل من التصادمات التي يتم فيها توزيع الطاقة بين الكواركات المكونة والجسيمات المضادة والغلوونات للجسيمات الباريونية . وعلى هذا النحو ، فإن أحد أدوار ILC هو إجراء قياسات دقيقة لخصائص الجسيمات المكتشفة في LHC.

فيزياء ILC وأجهزة الكشف

من المتوقع على نطاق واسع أن يتم اكتشاف تأثيرات فيزيائية تتجاوز تلك الموصوفة في النموذج القياسي الحالي من خلال التجارب في ILC المقترح. [8] بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع اكتشاف وقياس الجسيمات والتفاعلات الموصوفة في النموذج القياسي. يأمل الفيزيائيون في ILC أن يتمكنوا من:

ولتحقيق هذه الأهداف، هناك حاجة إلى جيل جديد من أجهزة الكشف عن الجسيمات.

دمج المقترحات الإقليمية في مشروع عالمي

في أغسطس 2004، أوصت لجنة توصيات التكنولوجيا الدولية (ITRP) [9] بتقنية ترددات الراديو الفائقة التوصيل للمسرع. بعد هذا القرار، انضمت مشاريع التصادم الخطي الثلاثة القائمة - المصادم الخطي التالي (NLC) والمصادم الخطي العالمي (GLC) والمسرع الخطي الفائق التوصيل بطاقة تيرا إلكترون فولت (TESLA) - إلى جهودها في مشروع واحد (ILC). في مارس 2005، أعلنت اللجنة الدولية لمسرعات المستقبل (ICFA) عن البروفيسور باري باريش ، مدير مختبر LIGO في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا من عام 1997 إلى عام 2005، كمدير لجهود التصميم العالمية (GDE). في أغسطس 2007، تم إصدار تقرير التصميم المرجعي للمصادم الخطي الدولي. [10] أكمل الفيزيائيون العاملون في GDE تقرير تصميم مفصل للمصادم الخطي الدولي، ونشروه في يونيو 2013. [6]

تصميم

سيستخدم مصدر الإلكترون للمصادم الخطي الدولي نبضات ضوئية ليزرية مدتها 2 نانوثانية لإخراج الإلكترونات من الكاثود الضوئي ، وهي تقنية تسمح باستقطاب ما يصل إلى 80٪ من الإلكترونات؛ سيتم بعد ذلك تسريع الإلكترونات إلى 5 جيجا إلكترون فولت في مرحلة مسرع خطي بطول 370 مترًا. سينتج إشعاع السنكروترون من الإلكترونات عالية الطاقة أزواجًا من الإلكترونات والبوزيترونات على هدف من سبيكة التيتانيوم، مع استقطاب يصل إلى 60٪؛ سيتم جمع البوزيترونات من هذه الاصطدامات وتسريعها إلى 5 جيجا إلكترون فولت في مسرع خطي منفصل.

لضغط حزم الإلكترونات والبوزيترونات ذات الطاقة 5 جيجا إلكترون فولت إلى حجم صغير بما يكفي ليتم تصادمها بشكل مفيد، فإنها ستدور لمدة 0.1-0.2 ثانية في زوج من حلقات التخميد، محيطها 3.24 كم، حيث سيتم تقليل حجمها إلى 6 مم في الطول وانبعاث رأسي وأفقي يبلغ 2 بيكومتر و0.6 نانومتر على التوالي.

من حلقات التخميد سيتم إرسال حزم الجسيمات إلى المسرعات الخطية الرئيسية للترددات الراديوية الفائقة التوصيل ، والتي يبلغ طول كل منها 11 كم، حيث سيتم تسريعها إلى 250 جيجا إلكترون فولت. عند هذه الطاقة، سيكون لكل شعاع متوسط ​​قدرة حوالي 5.3 ميجاوات . سيتم إنتاج خمس مجموعات من الحزم وتسريعها في الثانية.

للحفاظ على سطوع كافٍ لإنتاج نتائج في إطار زمني معقول بعد التسارع، سيتم تركيز الحزم على ارتفاع بضعة نانومترات وبضعة مئات من النانومترات في العرض. ثم يتم تصادم الحزم المركزة داخل أحد كاشفي الجسيمات الكبيرين .

المواقع المقترحة

في الأصل، كانت ثلاثة مواقع للمصادم الخطي الدولي من بين المتنافسين الرئيسيين في مراكز فيزياء الطاقة العالية الراسخة في أوروبا. [12] في سيرن في جنيف، يقع النفق عميقًا تحت الأرض في طبقة صخرية غير منفذة. اعتُبر هذا الموقع مناسبًا لعدد من الأسباب العملية ولكن بسبب LHC لم يكن الموقع مفضلًا. في DESY في هامبورج، يقع النفق بالقرب من السطح في تربة مشبعة بالمياه. تتصدر ألمانيا أوروبا من حيث التمويل العلمي وبالتالي اعتُبرت موثوقة من حيث التمويل. في JINR في دوبنا، يقع النفق بالقرب من السطح في تربة غير منفذة. تحتوي دوبنا على مجمع مسرع مسبق كان من الممكن تكييفه بسهولة لتلبية احتياجات المصادم الخطي الدولي. لكن الثلاثة كانت مناسبة إلى حد ما لإيواء مصادم خطي وكان لدى أحدها خيار واسع لعملية اختيار الموقع في أوروبا. [ بحاجة لمصدر ]

خارج أوروبا، أبدت عدد من البلدان اهتمامها. تتلقى اليابان قدرًا كبيرًا من التمويل لأنشطة النيوترينو، مثل تجربة T2K ، وهو عامل ليس في صالحها، على الرغم من إنشاء 20 كهفًا ضخمًا مع أنفاق وصول في اليابان لمحطات الطاقة الكهرومائية (على سبيل المثال محطة الطاقة الكهرومائية كاناغاوا ). بعد إغلاق تيفاترون، أعربت بعض المجموعات داخل الولايات المتحدة عن اهتمامها، وكان مختبر فيرمي موقعًا مفضلًا بسبب المرافق والخبراء الموجودين بالفعل. كان الكثير من الاهتمام المفترض من البلدان الأخرى مجرد شائعات من داخل المجتمع العلمي، ولم يتم نشر سوى القليل جدًا من الحقائق رسميًا. المعلومات المقدمة أعلاه هي ملخص للمعلومات الواردة في ورشة العمل الدولية حول المصادمات الخطية 2010 (الاجتماع المشترك ECFA-CLIC-ILC) في سيرن. [13]

أدت الأزمة الاقتصادية لعام 2008 إلى خفض الولايات المتحدة والمملكة المتحدة للتمويل لمشروع التصادم، [14] مما أدى إلى وضع اليابان باعتبارها المضيف الأكثر احتمالاً للمصادم الخطي الدولي. [15] في 23 أغسطس 2013 ، اقترحت لجنة تقييم الموقع التابعة لمجتمع الفيزياء عالية الطاقة الياباني أنه يجب أن يقع في جبال كيتاكامي في محافظتي إيواتي ومياجي . [16] اعتبارًا من 7 مارس 2019، صرحت الحكومة اليابانية بأنها غير مستعدة لدعم بناء المصادم بسبب تكلفته المقترحة المرتفعة والتي تبلغ حوالي 7 مليارات دولار. تم إبلاغ هذا القرار جزئيًا من قبل مجلس العلوم الياباني . سعت الحكومة اليابانية للحصول على دعم مالي من دول أخرى للمساعدة في تمويل هذا المشروع. [17]

في عام 2022، تم "تعليق" الخطة اليابانية للمصادم الدائري الدولي من قبل لجنة تابعة لوزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا اليابانية (MEXT) [18]. وقد تم تقديم العديد من الأسباب، بما في ذلك الدعم الدولي غير الكافي المحتمل ومقترح سيرن للمصادم الدائري المستقبلي ، والذي يتداخل أهدافه الفيزيائية مع المصادم الدائري الدولي.

في مارس 2024، اجتمع "اتحاد أعضاء البرلمان من أجل ILC" لتلقي "تقارير عن تقدم مشروع ILC والمبادرات التي اتخذتها المنظمات ذات الصلة". [19] تلقى خمسون مشاركًا، بما في ذلك أعضاء البرلمان والوكالات الحكومية الأخرى، بالإضافة إلى الباحثين والشركات، تقارير عن تقدم المشروع. ناقش المشاركون مستقبل ILC. [19] أسفر الاجتماع عن ثلاث توصيات:

1. سيتم الترويج لمشروع ILC بشكل أكبر من قبل مجتمع البحث والصناعة والمنظمات التي تروج للمواقع المرشحة والوزارات والوكالات ذات الصلة وأعضاء البرلمان والمنظمات السياسية الأخرى ضمن إطار عمل يشمل اليابان بالكامل.

2. بالنسبة لمشروع ILC، سيتم تعزيز التعاون الدولي بشكل أكبر كمبادرة عالمية تشمل مجتمع البحث. وسيتم تحقيق ذلك من خلال التعاون الوثيق بين فريق التطوير الدولي التابع لـ ILC (IDT)، وهي منظمة ترويج دولية أنشئت بموجب ICFA، ومجتمع البحث المحلي.

3. ينبغي لوزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا أن تلعب دوراً نشطاً في التعاون مع مجتمع البحث الدولي لتحقيق برنامج التسريع العالمي. وينبغي لهذا التعاون أن يستفيد من إطار عمل لجنة الاتصال المعنية بمسرعات الأداء العالي المستقبلية، بالشراكة مع مكتب مجلس الوزراء، فضلاً عن الوزارات والهيئات الأخرى ذات الصلة.

—  اتحاد أعضاء البرلمان من أجل ILC، توصية لتعزيز مشروع المصادم الخطي الدولي [20]

يكلف

وقد قدر تقرير التصميم المرجعي تكلفة بناء المصادم الخطي الدولي، باستثناء تكاليف البحث والتطوير، والنماذج الأولية، وحيازة الأراضي، وتكاليف الارتفاق تحت الأرض، وأجهزة الكشف، والطوارئ، والتضخم، بنحو 6.75 مليار دولار أميركي [21] (بأسعار عام 2007). ومن المتوقع أن يستغرق استكمال مجمع المسرعات وأجهزة الكشف سبع سنوات بعد الموافقة الرسمية على المشروع. وسوف يُطلب من الدولة المضيفة دفع 1.8 مليار دولار لتغطية التكاليف الخاصة بالموقع مثل حفر الأنفاق والأعمدة وتوريد المياه والكهرباء.

قدر وزير الطاقة الأمريكي السابق ستيفن تشو التكلفة الإجمالية بنحو 25 مليار دولار أمريكي. وقال مدير مركز الطاقة الدولي باريش إن هذا التقدير من المرجح أن يكون مبالغًا فيه. وقد قدر مسؤولون آخرون في وزارة الطاقة إجمالي التكلفة بنحو 20 مليار دولار. [22] وعند الانتهاء من تقرير تصميم مركز الطاقة الدولي لعام 2013، قال باريش إن تكلفة بناء مركز الطاقة الدولي تعادل 7.78 مليار دولار أمريكي في عام 2012؛ وسوف يتطلب "22.6 مليون ساعة عمل وتكاليف خاصة بالموقع بما في ذلك إعداد الموقع وأجهزة الكشف العلمية وعمليات المنشأة". [23]

ملحوظات

  1. ^ "المصادم الخطي الدولي – بوابة الكون الكمومي". مجتمع المصادم الخطي الدولي. 2007-10-18. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2009-03-02 . تم الاسترجاع في 2009-05-21 .
  2. ^ هاميش جونستون. "أين ينبغي بناء المصادم الخطي الدولي؟". physicsworld.com . تم الاسترجاع في 2012-08-02 .
  3. ^ "ILC - Status of the project". www.linearcollider.org . مؤرشف من الأصل في 2016-09-27 . تم استرجاعه في 2016-12-14 .
  4. ^ "لن يكتمل مشروع مسرع الجسيمات الجديد ILC قبل عام 2026، كما يقول فرانسوا ريتشارد (بالإسبانية)". 2012-06-11. مؤرشف من الأصل في 2012-07-02 . تم الاسترجاع في 2012-08-02 .
  5. ^ ليست، جيني (28 يناير 2021). "ILC: beyond the Higgs". The CERN Courier . تم الاسترجاع في 26 أبريل 2022 .
  6. ^ ab "LCC - Linear Collider Collaboration". www.linearcollider.org . تم الاسترجاع في 2016-12-14 .
  7. ^ نظرًا لأن الاصطدامات الفعلية تحدث بين مكونات البروتونات - الكواركات والكواركات المضادة والغلوونات - فإن الطاقة الفعالة للاصطدامات ستكون أقل من 14000 جيجا إلكترون فولت ولكنها لا تزال أعلى من 500 جيجا إلكترون فولت، فإن الاصطدام النموذجي في LHC سيكون له طاقة أعلى من اصطدام ILC النموذجي.
  8. ^ G. Aarons; et al. (2007)، تقرير تصميم مرجعي للمصادم الخطي الدولي المجلد 2: الفيزياء في المصادم الخطي الدولي (PDF) ، arXiv : 0709.1893 ، Bibcode :2007arXiv0709.1893D
  9. ^ "تقرير لجنة التوصيات الدولية النهائية بشأن التكنولوجيا" (PDF) . ICFA (اللجنة الدولية لمسرعات المستقبل). 2004. تم الاسترجاع في 19 نوفمبر 2012 .
  10. ^ "تقرير تصميم مرجعي لـ ILC". جهود التصميم العالمية لـ ILC والدراسة العالمية. أغسطس 2007. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2008-12-18 . تم الاسترجاع في 2009-05-21 .
  11. ^ تقرير التصميم الفني للمصادم الخطي الدولي 2013. المصادم الخطي الدولي. 2013. تم الاسترجاع في 14 أغسطس 2015 .
  12. ^ Wilhelm Bialowons, John Andrew Osborne and Grigori Shirkov (31 مارس 2010). "دراسة تحديد المواقع لمواقع ILC الأوروبية" (PDF) . ILC-HiGrade-Report-2010-004-1.
  13. ^ "ورشة العمل الدولية حول المصادمات الخطية 2010". 22 أكتوبر 2010.
  14. ^ هاند، إيريك؛ برومفيل، جيف (9 يناير/كانون الثاني 2008). "خطط تسريع النمو تتوقف بعد التخفيضات التي أقرتها الولايات المتحدة والمملكة المتحدة". مجلة نيتشر . 451 (7175): 112– 113. رمز Bibcode :2008Natur.451..112H. doi : 10.1038/451112a . PMID:  18185548.
  15. ^ برومفيل، جيف (14 ديسمبر 2012). "اليابان في وضعية القطب لاستضافة محطم الجسيمات". نيتشر . doi :10.1038/nature.2012.12047. S2CID  124158663.
  16. ^ Kelen Tuttle; Kathryn Jepsen (23 أغسطس 2013). "اليابان تختار موقعًا مرشحًا للمصادم الخطي". مجلة Symmetry . Fermilab . تم الاسترجاع في 2013-08-23 .
  17. ^ غاريستو، دانييل. "اليابان تؤجل قرار استضافة مصادم الجسيمات الكبير القادم". مجلة ساينتفك أمريكان . تم الاسترجاع في 14 مارس 2019 .
  18. ^ مايكل بانكس (1 مارس 2022). "لجنة تدعو الفيزيائيين إلى التخلي عن فكرة استضافة اليابان للمصادم الخطي الدولي". عالم الفيزياء، دار نشر IOP.
  19. ^ ab Takahashi, Rika. "اتحاد أعضاء البرلمان يقرر تعزيز ILC في اليابان | ILC Newsline" . تم الاسترجاع في 2024-10-24 .
  20. ^ "توصية لتعزيز مشروع المصادم الخطي الدولي" (PDF) . 21 مارس 2024.
  21. ^ Overbye, Dennis (2007-02-08). "سعر الشيء الكبير القادم في الفيزياء: 6.7 مليار دولار". نيويورك تايمز . تم الاسترجاع في 2010-05-05 .
  22. ^ "Chu Pegs ILC Cost at $25 Billion". ScienceInsider. 2009. مؤرشف من الأصل في 5 يناير 2010.
  23. ^ تاتل، كين (22 فبراير 2013). "خطط التصادم الخطي تتقدم للأمام". مجلة سيمتري . تم الاسترجاع في 8 مارس 2017 .
  • الوسائط ذات الصلة بالمصادم الخطي الدولي في ويكيميديا ​​كومنز
  • موقع المصادم الخطي الدولي
  • أخبار ILC
  • مركز التعلم الدولي في دقيقتين (فيديو، 2:07)
  • انطلق! انفجار توهوكو الكبير. ~جعل المصادم الخطي الدولي حقيقة~ (فيديو، 21:31)
  • كارل فان بيبر عن NLC
  • في مجلة سيمتري :
    • عدد خاص، أغسطس 2005
    • "خارج الصندوق: تصميم ILC"، مارس 2006
  • مقالة نيويورك تايمز
  • مقالة مجلة العلوم
  • معاينة المقال في مجلة ساينتفك أمريكان
  • مقالة عن المصادم الخطي الدولي 1600
  • أركسيف:
    • تقرير التصميم الفني للمصادم الخطي الدولي - المجلد 1: الملخص التنفيذي
    • تقرير التصميم الفني للمصادم الخطي الدولي - المجلد 2: الفيزياء
    • تقرير التصميم الفني للمصادم الخطي الدولي - المجلد 3.1: البحث والتطوير في مرحلة التصميم الفني للمسرع
    • تقرير التصميم الفني للمصادم الخطي الدولي - المجلد 3.II: التصميم الأساسي للمسرع
    • تقرير التصميم الفني للمصادم الخطي الدولي - المجلد 4: الكواشف
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=المصادم_الخطي_الدولي&oldid=1253226523"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate