öncül model LHC

Dünya krizlerle, iklim sorunlarıyla ve yapay zekâyla boğuşurken, Fraunhofer IML, daha büyük bir yapbozun parçası olarak, Cenevre'deki CERN'de milyarlarca avroluk " Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı " . Modüler bir araç konsepti ve bir simülasyon modeli, planlamanın sağlam olmasını sağlıyor.

Haziran ayında, dünyanın dört bir yanından katılımcıların yer aldığı son genel konferans San Francisco'da gerçekleşti. Projenin mevcut haliyle uygulanabilir olup olmadığını belirlemek için 2025'ten itibaren bir fizibilite çalışması yürütülecek. Bu, elbette, şu anda yaklaşık 15 milyar avro olarak tahmin edilen proje için finansal bir soruyu da içerecektir.

Kontrol odası. Fotoğraflar: CERN/Drew Bird

Fraunhofer IML'de Gerd Kuhlmann ve Benedikt O. Müller, yeraltı kavşağına yerleştirilecek binlerce bileşen, hızlandırıcı mıknatıs ve kriyojenik eleman için lojistik konsepti ve tedarik zinciri üzerinde çalışıyorlar. Çoğunluğu karayoluyla olmak üzere 5.400'den fazla mıknatısın dışarıdan teslimatı konsepti kesinleştiğine göre, odak noktası tünel içindeki yerden tasarruf sağlayan kurulum üzerine. Tünelin boyutları önceden 5,5 metre çapında olarak belirlenmişti (karşılaştırma için, Gotthard karayolu tünelinin çapı 5,9 metredir). Bu aynı zamanda, son derece dar alan koşullarında yedek sistemler, bileşenler ve güvenlik önlemlerinin de dikkate alınmasını gerektiriyor.

Grafik: CERN/IML

"Doğru miktarda, doğru zamanda, doğru yerde" olma hedefiyle sürekli çalışan lojistik uzmanları için "parçacık hızlandırıcı" kesinlikle ilgi çekici geliyor. Ancak bu devasa elektron fırlatma rampası, malların, ürünlerin ve malzemelerin ince ayarıyla ilgili değil, temel fizik araştırmalarıyla ilgili. Cenevre'deki Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi'nde (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), tonlarca ağırlıktaki mıknatıslar, Cenevre'nin 100 metre altında ve Jura Dağları'nın eteklerinde uzanan, şu anda 27 km uzunluğunda dairesel bir yolda, "Büyük Hadron Çarpıştırıcısı"nda minik temel parçacıkları ışık hızına yakın hızlara hızlandırıyor. Orada, parçacıklar kafa kafaya çarpışıyor. Bu çarpışma senaryosundan kalan enkaz daha sonra, evrenin başlangıcını işaret eden nihai felaketi -tabiri caizse minyatür bir "Büyük Patlama"yı- izlemek için ev büyüklüğündeki dedektörlere besleniyor.

Grafik: Kuhlmann/IML

Higgs bozonunun keşfinden sonra (ki bu, "kütle" ve "kara delikler"i açıklamak için çok önemli bir bileşendi), "Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı" adı verilen yeni bir hızlandırıcı tüpün 2045 yılında faaliyete geçmesi planlanıyor. 91,2 km uzunluğundaki yörünge yolu sekiz dikey şaft aracılığıyla yüzeye bağlı olan bu çarpıştırıcı, ortalama 200 m derinliğe ulaşacak ve temel parçacıklar alanında yeni boyutlar keşfedecek. 100 TeV (teraelektronvolt) kuvvete ulaşarak, teoriye göre evreni açıklamak için var olması gereken daha fazla temel parçacığın tespitini sağlayabilir.

Yeni parçacık fırlatma sisteminin kurulumu, enkazdan arındırılmış şekilde gerçekleştirilecek. Modüler bir araç konsepti, personel ve malzeme taşımacılığını yeraltında gerçekleştirecek ve tünelin konturlarını tekrarlayan bölümlerde izlemek ve yeterli güvenlik mesafelerini sağlamak için LiDAR tarayıcı kullanan otonom bir navigasyon sistemiyle donatılacak; barkod okuyucular ise sürekli olarak konum raporları ileterek yer tabanlı yönlendirmeyi sağlayacak.

Süper mıknatısların son derece hassas yükü her türlü titreşime tepki verdiğinden, frenleme mesafelerine titizlikle uyulmalı ve römork yapısının aksları ve bojileri, en ufak darbeleri bile absorbe edecek şekilde titreşim sönümleyici olmalıdır. Geleneksel vinç teknolojisinin tünelde yeri yoktur. Şantiyede, 13,4 metre uzunluğunda ve 60 ton ağırlığındaki aksamlar, çok dar bir alanda milimetre hassasiyetle, kaldırma tablaları şeklinde kompakt kaldırma cihazlarıyla konumlandırılmalıdır.

Kuhlmann'a göre, koronavirüs pandemisi veya uluslararası olaylar nedeniyle şu ana kadar herhangi bir gecikme yaşanmadı. Mevcut durumun bir avantajı da her şeyin en ince ayrıntısına kadar kesinleşmemiş olmasıdır. Benedikt O. Müller'in masasında geliştirilen malzeme teslimat süreçlerinin simülasyonu, bireysel parametrelerdeki değişikliklerin, ölçeklendirmenin ve taşıma üzerindeki beklenen etkinin daha hızlı hesaplanmasına olanak tanıyor.

FCC Haftası'ndaki Tartışma / Fotoğraf: Drew Bird

Benedikt Müller, önümüzdeki on yıllarda planlanan çarpışma deneylerinde açığa çıkacak muazzam enerjiler ışığında "kara deliklerin" ortaya çıkmasıyla ilgili her türlü konuşmanın şimdiye kadar sadece bir şaka olduğunu belirtti. Kuhlmann ise, "Biz lojistik görevlerimize odaklanıyoruz" diye ekledi.

Müller'e göre lojistik, yeni parçacık hızlandırıcı yapımında önemli bir "kolaylaştırıcı" rol oynuyor. "Yaklaşık 100 km uzunluğunda ve binlerce mıknatıstan oluşan bir makineye ihtiyaç duyduğunuzda, lojistik olmadan bunu yapamazsınız. Ancak bu temel fizik araştırmasının nihai sonuçlarını biz sunmasak bile, başarısına önemli bir katkıda bulunan biziz.".

Klaus Koch

Fraunhofer bilim insanları Gerd Kuhlmann ve Benedikt Oliver Müller ile Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı projesinin mevcut durumu hakkında video ve röportajlar 

Ön zaman çizelgesi

• 2025Fizibilite çalışmasının tamamlanması
• 2027–2028CERN üye devletleri ve uluslararası ortaklarının uygulama ile ilgili karar alma aşaması.
• 2030İnşaat çalışmalarının başlangıcı
• 2040'lar : Tesisin ilk bileşenlerinin devreye alınması (FCC-ee / Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı)
• 2070'ler : Tamamlanmış operasyon ve yaklaşık 25 yıllık planlanan işletme süresi.

Sorular

Higgs bozonunun keşfi, Büyük Patlama sırasında Higgs bozonunun hangi rolü oynadığı ve evrenin evrimini nasıl etkilediği gibi yeni soruları gündeme getirdi. Higgs bozonunun, "karanlık madde" ve olası antimadde fazlalığı da dahil olmak üzere, fiziğin Standart Modeli'nin ele alamadığı açık sorulara cevap vermeye yardımcı olması bekleniyor. Bazı senaryolar, şimdiye kadar kullanılan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) menzilinin ötesinde olan ve daha yüksek enerjiler gerektiren yeni, daha ağır parçacıkların varlığına işaret ediyor. Diğerleri ise, Standart Model parçacıklarıyla yalnızca çok zayıf etkileşime giren ve tespitleri muazzam miktarda veri ve son derece zayıf sinyallerin işlenmesini gerektiren daha hafif parçacıkların varlığına işaret ediyor.

Enerji talebi

FCC'nin elektrik tüketiminin ilk aşamada yılda 1 ile 1,8 TWh arasında dalgalanması bekleniyor. Ancak, devam eden araştırma ve geliştirme çalışmaları sayesinde, mevcut teknolojilerle mümkün olandan %30-40 daha düşük olması öngörülüyor. FCC çalışma ekibi ayrıca, bu enerjinin bir kısmının yerel sanayilerin ve kamu altyapısının ısıtılması için nasıl yeniden kullanılabileceğini belirlemek amacıyla bölgesel yetkililerle işbirliği yapıyor.

www.iml.fraunhofer.de

www.home.cern