Wielki Zderzacz Hadronów to za mało
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), znajdujący się w siedzibie CERN pod Genewą, to największy na świecie akcelerator cząstek i w ogóle największa maszyna na świecie, która od dekady pogłębia naszą wiedzę o cząstkach elementarnych. Europejscy naukowcy myślą już jednak o rozwinięciu tego eksperymentu i stworzeniu akceleratora, który będzie prawie cztery razy większy od LHC. Istotną rolę w nowym projekcie mogą odegrać naukowcy z Polski.
Informacja na temat wyników badań realizowanych przez międzynarodowy zespół naukowców – do którego należą m.in. prof. dr hab. Janusz Gluza z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego oraz dr Tord Riemann, realizujący projekt naukowy na Wydziale Matematyki, Fizyki i Chemii UŚ – została opublikowana w najnowszym numerze biuletynu Departamentu Fizyki Eksperymentalnej (EP) wydawanego przez Europejski Ośrodek Badań Jądrowych CERN w Genewie. Artykuł przygotowany przez prof. Janusza Gluzę oraz prof. Alaina Blondela, eksperymentatora, jednego z głównych koordynatorów projektu budowy przyszłego akceleratora w CERN-ie, dostępny jest na stronie: www.ep-news.web.cern.ch.
Publikacja dotyczy obliczeń teoretycznych, które pozwolą ocenić zasadność budowy przyszłego kołowego akceleratora FCC (ang. Future Circular Collider) o obwodzie 100 km będącego jedną z możliwych opcji zastąpienia funkcjonującego obecnie Wielkiego Zderzacza Hadronów LHC (ang. Large Hadron Collider). Zgodnie z założeniami konstruktorów, FCC ma określać precyzyjnie podstawowe parametry fizyczne cząstek elementarnych, w tym masę i czas życia bozonu Z, cząstki odpowiedzialnej m.in. za oddziaływania neutrin.
Dokładne wyznaczenie tych parametrów będzie możliwe dzięki uzyskaniu ogromnej ilości cząstek elementarnych w zderzeniach elektronów z pozytronami. Szacuje się, że w akceleratorze FCC wyprodukowanych zostanie ponad trylion bozonów Z. W konsekwencji badanie możliwych małych odchyleń od standardowego modelu oddziaływań cząstek, w tym bozonu Z, a także poszukiwanie nowych efektów kwantowych w mikroskali, wymagać będzie niezwykle dokładnych obliczeń teoretycznych służących dopasowaniu opracowanych modeli do wyników eksperymentalnych.
Prof. Janusz Gluza wraz ze współpracownikami dokonał takich obliczeń dla najtrudniejszej klasy diagramów Feynmana w drugim rzędzie rachunku zaburzeń, gdzie cząstki wirtualne biorące udział w procesie „kreślą” w przestrzeni dwie pętle. Matematycznie sytuacja ta odpowiada obliczeniu odpowiednich wielowymiarowych całek. Wyniki otrzymano dzięki rozwinięciu w ostatnich pięciu latach przez zespół, w którym pracuje naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego, metody obliczania całek w przestrzeni zespolonej w reprezentacji Mellin-Barnesa. Szacunki pokazały, że wykonane obliczenia i zastosowana metoda będą mogły posłużyć do wykonania obliczeń w następnym rzędzie rachunku perturbacyjnego (trzecia pętla), co jest niezbędnym warunkiem tego, aby finalna teoretyczna precyzja obliczeń osiągnęła poziom dokładności eksperymentalnej. Prof. Janusz Gluza przedstawił po raz pierwszy wyniki obliczeń podczas dwóch konferencji w CERN-ie w styczniu 2018 roku. Wyniki uzyskane przez teoretyków potwierdzają ostatecznie zasadność budowy przyszłego kołowego akceleratora FCC, którego koszt budowy szacowany jest na kilka miliardów euro.
W 2019 roku zostanie określona europejska strategia rozwoju fizyki cząstek na następne lata, w związku z czym przygotowywany jest raport CDR (tzw. Conceptual Design Report), w przygotowanie którego włącza się prof. Janusz Gluza. Na podstawie raportu zostanie podjęta decyzja, czy akcelerator FCC będzie konstruowany w CERN-ie.
Zespół naukowców, współautorów opublikowanych wyników badań, tworzą: doktorant Ievgen Dubovyk (Universität Hamburg, Niemcy), dr Johann Usovitsch (postdok, Trinity College – School of Mathematics, Dublin, Irlandia), prof. Ayres Freitas (University of Pittsburgh, USA), prof. Janusz Gluza (Uniwersytet Śląski w Katowicach, Polska) oraz dr Tord Riemann (laureat Polskiego Honorowego Stypendium Naukowego im. Aleksandra von Humboldta Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, Uniwersytet Śląski w Katowicach, Polska).
_________
Prof. dr hab. Janusz Gluza zajmuje się fizyką neutrin, modelami niestandardowymi oddziaływań elementarnych, fizyką niskich energii, precyzyjnymi obliczeniami perturbacyjnymi w ramach Modelu Standardowego. Stypendysta Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej oraz Fundacji Alexandra von Humboldta. Odbył trzyletni staż naukowy w ośrodku DESY (Niemcy), współpracuje z naukowcami z wiodących ośrodków naukowych na świecie. Od kilku lat zaangażowany we współpracę z ośrodkiem CERN w Genewie i kolaboracją FCC. Wielokrotnie uczestniczył w międzynarodowych sieciach naukowych, kierownik grantów NCN. Obecnie jest liderem grupy roboczej „Assessing the discovery potential of future high energy colliders” w sieci EU COST „Unraveling new physics at the LHC through the precision frontier”. Wyróżniony w konkursie „Lider umiędzynarodowienia UŚ” w 2015 roku za koordynację prestiżowych, naukowych projektów międzynarodowych realizowanych na Wydziale Matematyki, Fizyki i Chemii UŚ.
Artykuł został opublikowany pod tytułem „Obliczenia teoretyków z UŚ wzmacniają argumenty za budową przyszłego kołowego akceleratora FCC w CERN-ie” na stronie internetowej Uniwersytetu Śląskiego
