ILC: वैज्ञानिकों को एक दूसरे बिग कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है?

क) इस लेख में अत्यधिक सरलीकरण के बारे में मेहनतकश लोगों के कुछ उद्गारों को दर्शाते हुए: यदि आपका ज्ञान आपको यह समझने की अनुमति देता है कि क्या अधिक गहराई से वर्णित है, तो यह लेख आपके लिए शायद ही दिलचस्प हो। आइए आपके सभी सवालों पर चर्चा करते हैं पीएम से।
b) मैं विदेशी लेखों की बड़ी संख्या के लिए माफी माँगता हूँ, इन सभी लेखों के अनुवाद में मुझे बहुत अधिक समय लगेगा।

विशेष समिति को अंतत: अंतर्राष्ट्रीय रैखिक कोलाइडर के निर्माण के लिए जगह का चयन करने में एक महीना बीत गया। ILC इवाते प्रान्त के एपिनाम शहर के आसपास के किताकमी रिज के बगल में बनाया जाएगा। वैसे, यह प्रान्त मियागी प्रान्त के निकट है, जिसमें 2011 में एक शक्तिशाली भूकंप आया था। हालांकि, किसी को जगह चुनने के बारे में चिंता नहीं करनी चाहिए: 2013 के दौरान समिति 60 बार मिली, जो 300 घंटे से अधिक चर्चा से मेल खाती है। प्रेस विज्ञप्ति भी इस पसंद के कारणों का संक्षेप में वर्णन करती है।
इसके अलावा, यह उल्लेखनीय है कि कुछ साल पहले डबना में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान को आईएलसी के निर्माण के लिए साइट के संभावित उम्मीदवार के रूप में माना जाता था, लेकिन बाद में खारिज कर दिया गया था।

मेरे आश्चर्य के लिए, मैंने पाया कि RuNet में इस भव्य परियोजना का वर्णन करने के लिए पर्याप्त जानकारी नहीं है। बेशक, प्रेस "दूसरे कोलाइडर की चर्चा को आगे बढ़ाएगा, जो निश्चित रूप से ब्लैक होल को उगल देगा, जो निश्चित रूप से पृथ्वी को निगल जाएगा" ( वास्तव में नहीं ), लेकिन केवल इसके निर्माण की शुरुआत (और, शायद, अंत) के करीब। इस बीच, आइए जानें कि यह किस प्रकार का है, वैज्ञानिकों को इसकी आवश्यकता क्यों है, और मौजूदा लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर उनके अनुरूप क्यों नहीं है।

तो, इंटरनेशनल लीनियर कोलाइडर लार्ज हैड्रोन कोलाइडर के पैमाने पर तुलनीय कण त्वरक की सबसे बड़ी परियोजना है। LHC के विपरीत, नया कोलाइडर परिपत्र नहीं होगा, लेकिन रैखिक होगा। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन को एलएचसी के विपरीत, त्वरित कण होंगे, जो एक प्रोटॉन-प्रोटॉन कोलाइडर है। ILC में टकराने वाले कणों की ऊर्जा भी कई गुना कम होती है।

इस समाधान के क्या लाभ हैं?

• इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के टकराव अधिक "शुद्ध" होते हैं। याद रखें कि प्रोटॉन इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक बड़े पैमाने पर होते हैं, इसलिए, जब वे टकराते हैं, तो बहुत सारे साइड कण बनते हैं। इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन के विपरीत, बहुत छोटे होते हैं, जो शोर के उन्मूलन से पीड़ित बिना उनकी टक्कर के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं का अधिक विस्तृत अध्ययन करने की अनुमति देता है (शोर मुख्य बात यह है कि डिटेक्टर एलएचसी पर रजिस्टर होते हैं)।
• ILC पर कम कण ऊर्जा और कम टक्कर ऊर्जा (और, तदनुसार, हिग्स बोसोन की पीढ़ी की कम संभावना) के बावजूद, ILC पर हिग्स बोसोन के निर्माण और क्षय के प्रत्येक घटना को मज़बूती से दर्ज किया जाएगा, और इस तरह के डेटा का वैज्ञानिक मूल्य LHC पर प्राप्त आंकड़ों से अधिक होगा। (जिस पर, मैं दोहराता हूं, उपयोगी संकेत बहुत शोर है)। यही कारण है कि लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (लगभग 14,000 GeV) की तुलना में इंटरनेशनल लीनियर कोलाइडर (लगभग 500 GeV) में कम कण ऊर्जा इतनी महत्वपूर्ण नहीं है।
• भौतिकी के स्कूल पाठ्यक्रम से यह ज्ञात है कि चार्ज कणों के असमान आंदोलन के साथ वे विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्रोत बन जाते हैं। इसलिए, जब उच्च ऊर्जाओं में चक्रीय त्वरक द्वारा इलेक्ट्रॉनों को तेज किया जाता है, तो परिपत्र गति कठोर विद्युत चुम्बकीय विकिरण (तथाकथित सिंक्रोट्रॉन विकिरण) के रूप में भारी ऊर्जा नुकसान का कारण होगी। अधिक बस, एक चक्रीय त्वरक की दक्षता रैखिक से कम होगी।
• जब कणों को त्वरित किया जाता है, तो रैखिक कोलाइडर बीम को स्थिर करने के लिए जटिल सिस्टम प्रदान नहीं करता है और गैर-टकराव वाले कणों पर फिर से ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता नहीं होती है (दूसरे शब्दों में, स्थिर स्थिति में टकराव के बाद बीम को "रखना" आवश्यक नहीं है)। यह हमें कुंडलाकार की तुलना में रैखिक कोलाइडर के डिजाइन को कुछ हद तक सरल बनाने की अनुमति देता है और टकराव से पहले मुस्कराते हुए अधिक सटीक रूप से ध्यान केंद्रित करता है (वैसे, टकराव से पहले बीम को ध्यान केंद्रित करना एक बहुत मुश्किल काम है)।
• खैर, और अंत में, कई वर्षों के शोध के बाद, रेडियो आवृत्ति त्वरण के सिद्धांत पर आधारित एक अत्यधिक कुशल कण त्वरण तकनीक अच्छी तरह से विकसित हुई है। यह आपको एक उच्च त्वरित ढाल प्राप्त करने की अनुमति देता है (और एक त्वरक का निर्माण दसियों किलोमीटर लंबा नहीं है, लेकिन दसियों किलोमीटर)।

आप मौजूदा LHC कोलाइडर के साथ क्यों नहीं कर सकते? जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, भारी प्रोटॉन के बीम एलएचसी पर टकराते हैं। परिणामी "कचरा" टकराव से परिणामों के प्रसंस्करण की प्रक्रिया में काफी बाधा आती है। हिग्स बोसॉन ने एक साल पहले खोजा था कि वह वैज्ञानिकों को इस कण का बारीकी से अध्ययन करने के लिए मजबूर करता है और यहां लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर शक्तिहीन है। न केवल हिग्स बोसोन का जन्म एक बहुत ही दुर्लभ घटना है, लेकिन एलएचसी में इसे अभी भी "कचरा" टकराव की पृष्ठभूमि के शोर से अलग करने की आवश्यकता है। यह हिग्स बोसॉन गुणों के प्रायोगिक अध्ययन के लिए एक उपकरण के रूप में अंतर्राष्ट्रीय रैखिक कोलाइडर का उपयोग करने की योजना है।

अगला, चलो संक्षेप में कार्रवाई के सामान्य सिद्धांत और नए कोलाइडर प्रोजेक्ट के मुख्य तत्वों पर चलते हैं। आईएलसी तकनीकी विनिर्देश की पहली मात्रा हमें इसमें मदद करेगी।

• एक फोटोकैथोड के साथ एक इलेक्ट्रॉन बंदूक इलेक्ट्रॉनों के स्रोत के रूप में कार्य करती है। फोटोकैथोड को तीव्र लेजर विकिरण के दालों द्वारा विकिरणित किया जाएगा।
• पॉज़िट्रॉन का स्रोत एक अंड्यूलेटर है , जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन बीम का एक हिस्सा पारित किया जाता है, जहां वे समय-समय पर तेजी और मंदी करते हैं, एक्स-रे का उत्सर्जन करते हैं। इन किरणों को एक टाइटेनियम लक्ष्य के लिए निर्देशित किया जाता है और इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े को इससे बाहर खटखटाया जाता है।
• 3.2 किमी इलेक्ट्रॉनिक और पॉज़िट्रॉन भिगोना के छल्ले एक सामान्य सुरंग में स्थित होंगे। ये छल्ले स्रोत से प्राप्त बीम को "शांत" करने के लिए आवश्यक हैं और उनकी टक्कर शुरू करने के लिए आवश्यक संख्या में कणों को जमा करते हैं।
• इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन बीम के दो-चरण कंप्रेशर्स को इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन बीम को 6 मिमी से 0.15 मिमी तक लंबाई में और दसियों नैनोमीटर ऊंचाई और चौड़ाई में संपीड़ित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये कंप्रेशर्स अनिवार्य रूप से विशाल चुंबकीय "लेंस" हैं जो इलेक्ट्रान बीम को उसी तरह केंद्रित करते हैं जिस तरह ऑप्टिकल लेंस प्रकाश किरणों पर ध्यान केंद्रित करते हैं।
• खैर, आखिरकार, ILC का दिल दो linacs ("linac" = "रैखिक त्वरक") से 11 किमी लंबा है। उनकी कार्रवाई चार्ज कणों के त्वरण के रेडियो-आवृत्ति सिद्धांत पर आधारित है, हाल के दशकों में विकसित एक बड़ा प्रयास। इन पंक्तियों का मुख्य तत्व नाइओबियम गुंजयमान यंत्र हैं, जो विशाल क्रायोजेनिक "कवर" - क्रायोमोड्यूल्स में 1.8 K के तापमान तक ठंडा होता है । गुंजयमान यंत्र (ILC के लिए, 1.3 GHz की आवृत्ति) के माध्यम से एक वैकल्पिक विद्युत प्रवाह पारित करके, गुंजयमान यंत्र की आंतरिक गुहा में बनाना संभव है विद्युत क्षेत्र का ऐसा कॉन्फ़िगरेशन जो चार्ज किए गए कणों को गुंजयमान यंत्र की पूरी लंबाई के साथ गति प्रदान करने की अनुमति देगा।

वर्तमान ILC विन्यास इसके निर्माण के बाद त्वरक के और अधिक उन्नयन के लिए दो परिदृश्यों के लिए प्रदान करता है: प्रत्येक बीम में कणों के "थक्कों" की संख्या में वृद्धि, या कोलेजन कणों की ऊर्जा में वृद्धि के द्वारा चमक (कण टकराव की तीव्रता) में वृद्धि। विकास परिदृश्यों में से प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान हैं, उनमें से किसे चुना जाएगा यह अभी तक अस्पष्ट है।

सूत्रों का कहना है:
http://www.linearcollider.org/ILC/What-is-the-ILC/Facts-and-figures
http://ilc-str.jp/topics/2013/08281826/
http://www.quantumdiaries.org/2013/08/23/ilc-more-than-just-a-higgs-factory/
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1306/1306.6327.pdf
http://thescience.ru/2013/09/23/why-the-scientists-need-the-second-large-collider/