Colisionador Llineal Internacional

Archiu:ILC SchemeTDR.jpg

Una descripció esquemàtica del Colisionador Llineal Internacional, un accelerador de partícules planejat per a complementar els resultats d'investigació del Gran Colisionador de Hadrones LHC en el CERN ((c)2012 ILC).

El Colisionador Llineal Internacional (ILC en anglés) és una proposta d'accelerador llineal de partícules. Es planeja que tinga inicialment una energia de colisió de 500 GeV. I si s'aprova en acabant de que s'haja publicat l'informe de disseny tècnic del proyecte, planejat per a 2012, podria terminar-se al final de la década de 2010-2020. És possible millorar-ho a 1000 GeV (1 TeV). Encara no s'ha elegit el país que va a albergar l'accelerador. També s'estan preparant estudis per a un possible proyecte competidor cridat CLIC, el colisionador llineal compacte. Potencialment, tindria energies més altes (de 3 a 5 TeV) en una màquina que és "més curta" que el ILC. Les investigacions per al CLIC estan intentat demostrar si serien factibles estes tecnologies en l'any 2010, permetent prendre la decisió de fundar el proyecte despuix de tot. Sembla poc provable que abdós màquines, el ILC i el DR, siguen construïdes.

El LHC colisionaria electrons en positrones. Tindrà entre 30 i 50 quilómetros de llarc, en lo que seria més de 10 voltes més llarc que el Stanford Linear Accelerator de 50 GeV, el accelerador de partícules més llarc que existix. La proposta va ser coneguda prèviament per varis noms en diferents regions (vore més avall).

Comparació en el CERN

Hi ha dos models bàsics d'acceleradors. Els acceleradors llineals ("linacs") acceleren partícules elementals a lo llarc d'un camí recte. Els acceleradors circulares, tals com el Tevatron, el ILC, i el Gran Colisionador de Hadrones (ILC), usen camins circulares. La geometria circular té ventages significatives a altes energies, que inclouen decenes de GeV: en un disseny circular, les partícules poden ser accelerades de manera efectiva sobre distàncies més llargues. Ademés, solament una fracció de les partícules dutes a colisió choquen realment. En un accelerador llineal, les partícules sobreres es perden; en un accelerador en forma d'anell, continuen circulant i queden disponibles per a futures colisions. La desventaja dels acceleradors circulares és que les partícules que es mouen sobre un camí curve emeten necessàriament radiació electromagnètica coneguda com radiació de sincrotrón. La pèrdua d'energia a través de la radiació de sincrotrón és inversament proporcional a la quarta potència de la massa de les partícules en qüestió. És per açò que té sentit construir acceleradors circulares per a partícules pesades --colisionadores de hadrones com el ILC para protones o, alternativament, para núcleus de plom. Un colisionador electró-positrón del mateix tamany jamai seria capaç d'alcançar les mateixes energies de colisió. De fet, les energies en el PDF, que solia ocupar el túnel que ara s'usa per a el CLIC, estava llimitat a 209 GeV per les pèrdues d'energia a través de la radiació de sincrotrón.

Encara que l'energia de colisió efectiva en el ILC. serà major que l'energia de colisió de el ILC (14 000 GeV per a el DR contra 500 GeV per a el ILC), les mides poden prendre's en més precisió en el ILC Les colisions entre electrons i positrones són molt més simples d'analisar que les colisions entre molts quarks, antiquarks i gluonés. Per lo tant, un dels papers de el ILC seria fer mides de precisió de les partícules descobertes en el PDF

Física de el CLIC i detectors

S'estima que en experiments en el propost ILC. es detectarien efectes de la física més allà de lo descrit en el model estàndar. Ademés, s'espera descobrir i medir les partícules i interaccions descrites pel model estàndar. En el ILC els físics esperen ser capaços de:

• Medir la massa, el spin, i les forces d'interacció del bosón de Higgs
• Si existixen, medir el número, tamany i forma de qualsevol dimensió extra a escala TeV
• Investigar les partícules supersimétricas més llaugeres, que són possibles candidates a matèria obscura

Per a alcançar estes metes, es necessiten una nova generació de detectors de partícules.

Unint les propostes de cada regió en un proyecte mundial

En agost de 2004, el Panel de Recomanació de Tecnologia Internacional (DR) va recomanar una tecnologia de superconducció LHC per a l'accelerador. Despuix d'esta decisió els tres proyectes que existien – el Next Linear Collider (CERN), el Global Linear Collider (ILC) i el Teraelectronvolt Energy Superconducting Linear Accelerator (ILC) – varen unir els seus esforços en un sol proyecte (el ILC). Els físics estan treballant ara en el disseny detallat de l'accelerador. Els passos que cal donar inclouen obtindre finançació per a l'accelerador, i triar un lloc per a posar-ho. L'informe de disseny de referència per a el PDF va ser publicat en agost de 2007.

En març de 2005, el Comité Internacional per a Futurs Acceleradors (DR) va anunciar l'elecció del Dr. Barry Barish com el director del Global Design Effort. Barry Barish va ser director del laboratori LHC des de 1997 fins a 2005.

Dissenye

La font d'electrons de el CERN usarà polsos de llum laser de 2 nanosegundos per a disparar electrons des d'un fotocátodo, una tècnica que permet que fins a un 80 % dels electrons es vegen polarisats; els electrons seran accelerats a 5 GeV en una primera etapa llineal de 250 metros. La radiació sincrotrón per a estos electrons d'alta energia produirà parelles d'electrons-positrones en un objectiu d'aleació de titani, en una polarisació màxima d'un 60 %; els positrones d'estes colisions s'arreplegaran i acceleraran en una etapa llineal diferent.

Per a compactar este "manojo" d'electrons i positrones de 5 GeV en un tamany lo suficientment chicotet per a colisionar de manera útil, li'ls farà circular durant 0,2 segons en un parell d'anells de amortiguaació, 7 km de circumferència, en el qual podran ser reduïts a uns pocs mm de llarc i menys de 100 μm de diàmetro.

Des dels anells de amortiguaació els manojos de partícules seran enviats als principals linacs de Superconducción ILC, cada u de 12 km de llarc, a on seran accelerats a 250 GeV. A esta energia cada raig tindrà una potència mija d'uns 10 megavats. Es produïen 5 fas de partícules per segon.

Per a mantindre suficient lluminositat i que es puguen produir resultats en un marc de temps raonable despuix de l'acceleració s'enfocaran els fas a uns pocs nm d'ample i uns pocs centenars de nm de llarc. Els fas enfocats colisionaran dins d'un dels dos grans detectors de partícules.

Estimació de cost i temps

El borrador de l'informe de disseny de referència estima el cost de construir el ILC, sense contar la R&D, fer el prototip, comprar la parcela, els costs de preparar el subsol, els detectors, les contingències, i l'inflació, en ILC$6.65 mil millons. Des de l'aprovació formal del proyecte, s'estima que seran necessaris 7 anys per a completar el complex de l'accelerador i els detectors. Es requeria al país que es quede en l'accelerador que pague $1.8 mil millons pels costs específics del lloc com cavar túnels i els preparatius necessaris per al suministrament eléctríco i d'aigua.

El secretari d'energia nortamericana Steven Chu estima que el cost total serà de 25 000 millons de dólars nortamericans. El director de el CLIC Barish diu que açò és exagerat. Atres departaments d'energia oficials ho han estimat en 20 000 millons de dólars nortamericans.

Enllaços externs

• International Linear Collider Website
• Karl Van Bibber about the ILC [2] archivat en Wayback Machine.
• In symmetry magazine:
  • Special issue, August 2005
  • "out of the box: designing the DR", March 2006
• New York Claves article
• Science Magazine article
• Scientific American article preview
• 1600 International Linear Collider Article