Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Субатомдық бөлшектерге арналған ұсынылып отырған сызықтық үдеткіш
Proposed linear accelerator for subatomic particles
Халықаралық сызықтық коллайдер (ILC) – ұсынылып отырған сызықтық бөлшектер үдеткіші. Бастапқыда 500 ГэВ соқтығысу энергиясына жоспарланған, ал кейіннен 1000 ГэВ (1 ТэВ) дейін жаңарту мүмкіндігі қарастырылған. ILC үшін бұрын ұсынылған орындар Жапония, Еуропа (CERN) және АҚШ (Fermilab) болғанымен, 2013 жылдан бері Солтүстік Жапониядағы Ивате префектурасының Китаками жотасы ILC жобалау жұмыстарына басты назар аударып келеді. ILC детекторлары зерттеуін үйлестірушінің мәлімдемесіне сәйкес, Жапон үкіметі жобаның құнының жартысын қаржыландыруға дайын. ILC электрондар мен позитрондарды соқтығыстырады. Оның ұзындығы 30 км мен 50 км (19-31 миль) аралығында болады, бұл ең ұзын сызықтық бөлшектер үдеткіші болып табылатын 50 ГэВ Стэнфорд сызықтық үдеткішінен 10 есе артық. Бұл ұсыныс Еуропа, АҚШ және Жапониядан алынған бұрынғы ұқсас ұсыныстарға негізделген. Кезең-кезеңмен жүргізілетін жоба ретінде, ILC бастапқыда 250 ГэВ энергиясында Хиггс фабрикасы ретінде құрылуы мүмкін. Мұндай конструкцияның ұзындығы шамамен 20 км құрайды. Сонымен қатар, ILC сияқты ұзындығы бар машинада жоғары энергияда (3 ТэВ дейін) жұмыс істейтін, альтернативті «Компактты сызықтық коллайдер» (CLIC) жобасы да зерттелуде. Бұл екі жоба – CLIC және ILC – Сызықтық коллайдер ынтымақтастығы аясында біріктірілген.
The International Linear Collider (ILC) is a proposed linear particle accelerator. It is planned to have a collision energy of 500 GeV initially, with the possibility for a later upgrade to 1000 GeV (1 TeV). Although early proposed locations for the ILC were Japan, Europe (CERN) and the USA (Fermilab), the Kitakami highland in the Iwate prefecture of northern Japan has been the focus of ILC design efforts since 2013. The Japanese government is willing to contribute half of the costs, according to the coordinator of study for detectors at the ILC. The ILC would collide electrons with positrons. It will be between 30 km and 50 km (19–31 mi) long, more than 10 times as long as the 50 GeV Stanford Linear Accelerator, the longest existing linear particle accelerator. The proposal is based on previous similar proposals from Europe, the U. S., and Japan. In a staged approach, the ILC could initially be constructed at 250 GeV, for use as a Higgs factory. Such a design would be approximately 20 km in length. Studies for an alternative project, the Compact Linear Collider (CLIC) are also underway, which would operate at higher energies (up to 3 TeV) in a machine of length similar to the ILC. These two projects, CLIC and the ILC, have been unified under the Linear Collider Collaboration.
Негізгі мәліметтер: линактар мен синхротрондар
Жеделдеткіштердің негізгі екі түрі бар. Сызықтық үдемелілер ("линактар") элементар бөлшектерді тура жолмен жылдамдатады. Теватрон, LEP және Үлкен адрондық коллайдер (LHC) сияқты дөңгелек үдемелілер ("синхротрондар") дөңгелек жолдарды пайдаланады. Дөңгелек геометрияның ондаған ГеВ-қа дейінгі энергияларда маңызды артықшылықтары бар: дөңгелек конструкциясымен бөлшектерді ұзақ қашықтықтарға тиімді жылдамдатуға болады. Сонымен қатар, соқтығысу траекториясына жіберілген бөлшектердің тек бір бөлігі ғана соқтығысады. Сызықтық үдеткіште қалған бөлшектер жоғалады; ал сақиналық үдеткіште олар айналып тұрады және келешек соқтығысулар үшін қолжетімді болады. Дөңгелек үдеткіштердің кемшілігі – иісті жолмен қозғалатын зарядталған бөлшектер міндетті түрде синхротрон сәулеленуі деп аталатын электромагниттік сәуле шығарады. Синхротрон сәулеленуі арқылы энергия жоғалтуы, зертене жатқан бөлшектердің массасының төртінші дәрежесіне кері пропорционал. Сондықтан ауыр бөлшектерге арналған дөңгелек үдеткіштерді – LHC сияқты адрондық коллайдерлерді, протон үшін немесе, балама ретінде, қорғасын ядролары үшін салудың мәні бар. Бірдей өлшемдегі электрон-позитрон коллайдері бірдей соқтығысу энергиясына ешқашан жете алмайды. Шындығында, қазір LHC-ге берілген туннельді пайдаланған LEP-тегі энергия синхротрон сәулеленуі арқылы энергия жоғалтуға байланысты 209 ГеВ-қа дейін шектелген. LHC-дегі номиналды соқтығысу энергиясы ILC-дегі соқтығысу энергиясынан жоғары болса да (LHC үшін 14 000 ГеВ, ILC үшін ~500 ГеВ), ILC-де өлшеулер дәлірек жүргізілуі мүмкін. Электрон мен позитрон арасындағы соқтығысуларды, энергиясы бариондық бөлшектердің құраушы кварктары, антикварктары және глюондары арасында бөлінетін соқтығысуларға қарағанда талдау әлдеқайда оңай. Осылайша, ILC-тің міндеттерінің бірі – LHC-де ашылған бөлшектердің қасиеттерін жоғары дәлдікпен өлшеу.
There are two basic shapes of accelerators. Linear accelerators ("linacs") accelerate elementary particles along a straight path. Circular accelerators ("synchrotrons"), such as the Tevatron, the LEP, and the Large Hadron Collider (LHC), use circular paths. Circular geometry has significant advantages at energies up to and including tens of GeV: With a circular design, particles can be effectively accelerated over longer distances. Also, only a fraction of the particles brought onto a collision course actually collide. In a linear accelerator, the remaining particles are lost; in a ring accelerator, they keep circulating and are available for future collisions. The disadvantage of circular accelerators is that charged particles moving along bent paths will necessarily emit electromagnetic radiation known as synchrotron radiation. Energy loss through synchrotron radiation is inversely proportional to the fourth power of the mass of the particles in question. That is why it makes sense to build circular accelerators for heavy particles—hadron colliders such as the LHC for protons or, alternatively, for lead nuclei. An electron–positron collider of the same size would never be able to achieve the same collision energies. In fact, energies at the LEP which used to occupy the tunnel now given over to the LHC, were limited to 209 GeV by energy loss via synchrotron radiation. Even though the nominal collision energy at the LHC will be higher than the ILC collision energy (14,000 GeV for the LHC vs. ~500 GeV for the ILC), measurements could be made more accurately at the ILC. Collisions between electrons and positrons are much simpler to analyze than collisions in which the energy is distributed among the constituent quarks, antiquarks and gluons of baryonic particles. As such, one of the roles of the ILC would be making precision measurements of the properties of particles discovered at the LHC.
Ұсынылған жерлер
Бастапқыда Халықаралық сызықтық коллайдер үшін Еуропадағы ірі энергиялық физика орталықтарында үш нысан жетекші үміткер болып табылды. Женевадағы ЦЕРН-де туннель жер астындағы, су өткізбейтін тау жыныстарының арасында орналасқан. Бұл орын бірнеше практикалық себептерге байланысты қолайлы деп есептелді, бірақ LHC болғандықтан, бұл орын қолайсыз деп танылды. Гамбургтегі DESY-де туннель суға толы топырақта, жер бетіне жақын орналасқан. Германия ғылыми қаржыландыру бойынша Еуропа көшбасшысы болып саналады, сондықтан қаржыландыру тұрғысынан сенімді деп есептелді. Дубнадағы ЖИНР-де туннель жер бетіне жақын, су өткізбейтін топырақта орналасқан. Дубнада ILC қажеттіліктеріне оңай бейімделетін үдеткіштерге дейінгі кешен бар. Бірақ олардың үшеуі де сызықтық коллайдерді орналастыруға белгілі бір деңгейде қолайлы болды, сондықтан Еуропада орынды таңдау процесінде жеткілікті мүмкіндіктер болды. Еуропадан тыс бірнеше елдер қызығушылық танытты. Жапония T2K эксперименті сияқты нейтринолық зерттеулерге көп қаржы жұмсайды, бұл оның артықшылығына жатпады, бірақ Жапонияда гидроэлектр станциялары үшін кіру туннельдерімен бірге 20 үлкен үңгір салынды (мысалы, Каннагава гидроэлектр станциясы). Теватрон жабылуынан кейін АҚШ-тағы бірнеше топтар қызығушылық білдірді, Фермилаб бұрыннан бар жабдықтары мен мамандарының арқасында қолайлы орын болып саналды. Басқа елдердің қызығушылығы туралы ақпарат ғылыми қауымдастықтың ішінде тараған әңгімелерге негізделген, ал ресми жарияланған фактілер өте аз болды. Жоғарыда келтірілген ақпарат 2010 жылғы Халықаралық сызықтық коллайдерлер жөніндегі семинардың (ECFA CLIC ILC бірлескен отырысы) материалдарының қорытындысы болып табылады, ол ЦЕРН-де өтті. 2008 жылғы экономикалық дағдарыс АҚШ пен Ұлыбританияны коллайдер жобасына қаржыны кесіп тастауға мәжбүр етті, бұл Жапонияның Халықаралық сызықтық коллайдерді қабылдау мүмкіндігін арттырды. 2013 жылдың 23 тамызында Жапонияның ірі энергиялық физика қауымдастығының орынды бағалау комитеті оны Ивате және Мияги префектураларындағы Китаками тауларында орналастыруды ұсынды. 2019 жылдың 7 наурызында Жапон үкіметі құрылыс құны шамамен 7 миллиард долларды құрайтындықтан, коллайдер құрылысын қолдауға дайын емес екенін мәлімдеді. Бұл шешімге Жапонияның Ғылым кеңесі де әсер етті. Жапон үкіметі бұл жобаны қаржыландыру үшін басқа елдерден қаржылық көмек сұрады. 2022 жылы Жапонияның Білім, мәдениет, спорт, ғылым және технология министрлігі (MEXT) ILC жоспарын "тоқтатты". Бұл шешімге бірнеше себептер келтірілді, соның ішінде халықаралық қолдаудың жеткіліксіздігі және CERN-нің болашақ айналмалы коллайдер жобасы, оның физикалық мақсаттары ILC-мен үштасқан. Егер ILC 2022 жылы Жапонияда мақұлданбаса, Ферми ұлттық үдеткіш зертханасының ғалымдары ILC-ді Фермилабта салуды ұсынады. Бұл жоспар Хиггс фабрикасынан бастауды көздейді. Fermilab Engineering Support Services компаниясы жерді және солтүстік-оңтүстік бағытында орналасқан ComEd сервитутын пайдаланатын әлеуетті жобаларды әзірледі. Ұсынылған жоба "жұмысқа дайын" деп есептеледі.
Originally, three sites for the International Linear Collider were leading contenders at established High Energy Physics centers in Europe. At CERN in Geneva the tunnel is located deep underground in non permeable bedrock. This site was considered favorable for a number of practical reasons but due to the LHC the site was disfavored. At DESY in Hamburg the tunnel is close to the surface in water saturated soil. Germany leads Europe for scientific funding and was therefore considered reliable in terms of funding. At JINR in Dubna the tunnel is close to the surface in non permeable soil. Dubna has a pre accelerator complex which could have been easily adapted for the needs for the ILC. But all three were more or less well suited for housing a Linear Collider and one had ample choice for a site selection process in Europe. Outside Europe a number of countries expressed interest. Japan receives a large amount of funding for neutrino activities, such as the T2K experiment, a factor not in its favor, although 20 huge caverns with access tunnels have already been constructed in Japan for hydroelectric power plants (e. g. the Kannagawa Hydropower Plant). Following the closure of the Tevatron some groups within the USA had expressed interest, with Fermilab being a favored site because of the facilities and experts already present. Much of the speculated interest from other countries was hearsay from within the scientific community, and very few facts were published officially. The information presented above is a summary of that contained in the International Workshop on Linear Colliders 2010 (ECFA CLIC ILC Joint Meeting) at CERN. The 2008 economic crisis led the United States and United Kingdom to cut funds to the collider project, leading to Japan's position as the most likely host for the International Linear Collider. On August 23, 2013, the Japanese high energy physics community's site evaluation committee proposed it should be located in the Kitakami Mountains of the Iwate and Miyagi Prefectures. As of March 7, 2019, the Japanese government has stated that it is not ready to support the construction of the Collider due to its high proposed cost of approximately $7 billion. This decision was informed partly by the Science Council of Japan. The Japanese government sought monetary support from other countries to help fund this project. In 2022, the Japanese plan for the ILC was "shelved" by a panel for Japan’s Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) Several reasons were given, including potentially insufficient international support and the CERN proposal for the Future Circular Collider, which has overlapping physics goals with the ILC. If the ILC is not approved to go forward in Japan in 2022, scientists from Fermi National Accelerator Laboratory propose that the ILC be constructed on site at Fermilab. This plan advocates the phased approach of beginning with a Higgs factory. Fermilab Engineering Support Services have established potential layouts that use land on site and the ComEd easement that runs north and south of site. The proposed project is considered to be "shovel ready".
Құны
Анықтамалық жобалау есебінде ILC құрылысының құны, ҒЗТЖ, прототиптеу, жерді сатып алу, жер асты құқықтарына төленетін ақы, детекторлар, еңбекақыдан тыс шығындар және инфляцияны ескермей, 6,75 миллиард АҚШ доллары (2007 жылғы бағалар бойынша) деп бағаланды. Жобаға ресми мақұлдау берілгеннен бастап, үдеткіш кешенін және детекторларды аяқтауға жеті жыл уақыт қажет болады деп күтілуде. Қабылдаушы елге туннельдер мен шахталарды қазу, су және электр энергиясын беру сияқты жерге қатысты шығындар үшін 1,8 миллиард доллар төлеу қажет болады. АҚШ-тың бұрынғы Энергетика министрі Стивен Чу жалпы құнын 25 миллиард АҚШ доллары деп бағалады. ILC директоры Бариш бұл бағалаудың жоғары болуы мүмкін екенін айтты. Энергетика министрлігінің басқа да өкілдері жалпы соманы 20 миллиард доллар деп есептеді. 2013 жылғы ILC жобалау есебі аяқталғаннан кейін Бариш ILC құрылысының құны 7,78 миллиард 2012 жылғы АҚШ долларына тең екенін, оған "22,6 миллион сағат еңбек және нысанды дайындау, ғылыми детекторлар мен нысанды пайдалануды қоса алғанда, жерге қатысты шығындар" қажет болады деді.
The Reference Design Report estimated the cost of building the ILC, excluding R&D, prototyping, land acquisition, underground easement costs, detectors, contingencies, and inflation, at US$6.75 billion (in 2007 prices). From formal project approval, completion of the accelerator complex and detectors is expected to require seven years. The host country would be required to pay $1.8 billion for site specific costs like digging tunnels and shafts and supplying water and electricity. Former U. S. Secretary of Energy Steven Chu estimated the total cost to be US$25 billion. ILC Director Barish said this is likely to be an overestimate. Other Department of Energy officials have estimated a $20 billion total. Upon completion of the 2013 ILC Design Report, Barish said the cost of building the ILC was the equivalent of 7.78 billion 2012 U. S. dollars; it will require "22.6 million hours of labor and location specific costs including site preparation, scientific detectors and facility operations."