El Colisionador Lineal Internacional ( ILC ) es un acelerador lineal de partículas propuesto . [1] Está previsto que tenga una energía de colisión de 500 GeV inicialmente, con la posibilidad de una mejora posterior a 1000 GeV (1 TeV). Aunque las primeras ubicaciones propuestas para el ILC fueron Japón, Europa ( CERN ) y los EE. UU. ( Fermilab ), [2] el altiplano de Kitakami en la prefectura de Iwate en el norte de Japón ha sido el foco de los esfuerzos de diseño del ILC desde 2013. [3] El gobierno japonés está dispuesto a contribuir con la mitad de los costos, según el coordinador del estudio de detectores en el ILC. [4]
El ILC haría colisionar electrones con positrones . Tendrá entre 30 km y 50 km (19–31 mi) de longitud, más de 10 veces más que el acelerador lineal de Stanford de 50 GeV , el acelerador lineal de partículas más largo que existe. La propuesta se basa en propuestas similares anteriores de Europa, Estados Unidos y Japón.
En un enfoque por etapas, el ILC podría construirse inicialmente a 250 GeV, para usarse como una fábrica de Higgs . [5] Tal diseño tendría aproximadamente 20 km de longitud.
También se están realizando estudios para un proyecto alternativo, el Compact Linear Collider (CLIC), que operaría a energías más altas (hasta 3 TeV) en una máquina de longitud similar al ILC. Estos dos proyectos, CLIC e ILC, se han unificado bajo la Linear Collider Collaboration . [6]
Existen dos formas básicas de aceleradores. Los aceleradores lineales ("linacs") aceleran partículas elementales a lo largo de una trayectoria recta. Los aceleradores circulares ("sincrotrones"), como el Tevatron , el LEP y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), utilizan trayectorias circulares. La geometría circular tiene ventajas significativas a energías de hasta decenas de GeV inclusive : con un diseño circular, las partículas pueden acelerarse de manera efectiva a distancias más largas. Además, solo una fracción de las partículas que entran en una trayectoria de colisión realmente chocan. En un acelerador lineal, las partículas restantes se pierden; en un acelerador de anillo, siguen circulando y están disponibles para futuras colisiones. La desventaja de los aceleradores circulares es que las partículas cargadas que se mueven a lo largo de trayectorias curvas necesariamente emitirán radiación electromagnética conocida como radiación de sincrotrón . La pérdida de energía a través de la radiación de sincrotrón es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la masa de las partículas en cuestión. Por eso tiene sentido construir aceleradores circulares para partículas pesadas: colisionadores de hadrones como el LHC para protones o, alternativamente, para núcleos de plomo . Un colisionador electrón-positrón del mismo tamaño nunca sería capaz de alcanzar las mismas energías de colisión. De hecho, las energías en el LEP que ocupaba el túnel ahora cedido al LHC estaban limitadas a 209 GeV por la pérdida de energía a través de la radiación de sincrotrón.
Aunque la energía de colisión nominal en el LHC será mayor que la energía de colisión del ILC (14.000 GeV para el LHC [7] frente a ~500 GeV para el ILC), las mediciones podrían realizarse con mayor precisión en el ILC. Las colisiones entre electrones y positrones son mucho más sencillas de analizar que las colisiones en las que la energía se distribuye entre los quarks , antiquarks y gluones constituyentes de las partículas bariónicas . Por tanto, una de las funciones del ILC sería realizar mediciones precisas de las propiedades de las partículas descubiertas en el LHC.
Se espera que los experimentos en el ILC propuesto detecten efectos de la física más allá de los descritos en el Modelo Estándar actual. [8] Además, se espera que se descubran y midan partículas e interacciones descritas por el Modelo Estándar. En el ILC, los físicos esperan poder:
Para lograr estos objetivos son necesarios detectores de partículas de nueva generación.
En agosto de 2004, el Panel Internacional de Recomendación Tecnológica (ITRP) recomendó [9] una tecnología de radiofrecuencia superconductora para el acelerador. Después de esta decisión, los tres proyectos de colisionadores lineales existentes – el Next Linear Collider (NLC), el Global Linear Collider (GLC) y el Teraelectronvolt Energy Superconducting Linear Accelerator (TESLA) – unieron sus esfuerzos en un solo proyecto (el ILC). En marzo de 2005, el Comité Internacional para Futuros Aceleradores (ICFA) anunció al Prof. Barry Barish , director del Laboratorio LIGO en Caltech de 1997 a 2005, como Director del Esfuerzo de Diseño Global (GDE). En agosto de 2007, se publicó el Informe de Diseño de Referencia para el ILC. [10] Los físicos que trabajaban en el GDE completaron un informe detallado de diseño del ILC, que se publicó en junio de 2013. [6]
La fuente de electrones para el ILC utilizará pulsos de luz láser de 2 nanosegundos para expulsar electrones de un fotocátodo , una técnica que permite polarizar hasta el 80% de los electrones; luego, los electrones se acelerarán a 5 GeV en una etapa de acelerador lineal de 370 metros. La radiación de sincrotrón de electrones de alta energía producirá pares electrón-positrón en un objetivo de aleación de titanio, con una polarización de hasta el 60%; los positrones de estas colisiones se recogerán y acelerarán a 5 GeV en un acelerador lineal separado.
Para compactar los haces de electrones y positrones de 5 GeV a un tamaño suficientemente pequeño para que puedan colisionar de manera útil, circularán durante 0,1-0,2 segundos en un par de anillos de amortiguación, de 3,24 km de circunferencia, en los que se reducirán en tamaño a 6 mm de longitud y una emitancia vertical y horizontal de 2 pm y 0,6 nm, respectivamente.
Desde los anillos de amortiguación, los haces de partículas se enviarán a los aceleradores lineales superconductores de radiofrecuencia principales, cada uno de 11 km de longitud, donde se acelerarán a 250 GeV. A esta energía, cada haz tendrá una potencia media de unos 5,3 megavatios . Se producirán y acelerarán cinco trenes de haces por segundo.
Para mantener una luminosidad suficiente para producir resultados en un período de tiempo razonable después de la aceleración, los haces se enfocarán a unos pocos nanómetros de altura y unos cientos de nanómetros de ancho. Luego, los haces enfocados colisionarán dentro de uno de dos grandes detectores de partículas .
![Una cavidad de radiofrecuencia superconductora de nueve celdas de 1,3 GHz basada en niobio que se utilizará en el acelerador lineal principal[11]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/da/A_1.3_GHz_nine-cell_superconducting_radio_frequency.JPG/1280px-A_1.3_GHz_nine-cell_superconducting_radio_frequency.JPG)
En un principio, tres emplazamientos para el Colisionador Lineal Internacional eran los principales candidatos en centros de Física de Altas Energías establecidos en Europa. [12] En el CERN de Ginebra, el túnel está situado a gran profundidad en un lecho de roca no permeable. Este emplazamiento se consideró favorable por diversas razones prácticas, pero debido al LHC, el emplazamiento fue desfavorecido. En el DESY de Hamburgo, el túnel está cerca de la superficie en un suelo saturado de agua. Alemania lidera Europa en financiación científica y, por tanto, se consideró fiable en términos de financiación. En el JINR de Dubna, el túnel está cerca de la superficie en un suelo no permeable. Dubna tiene un complejo de preaceleradores que podría haberse adaptado fácilmente a las necesidades del ILC. Pero los tres eran más o menos adecuados para albergar un Colisionador Lineal y uno de ellos tenía una amplia variedad para un proceso de selección de emplazamiento en Europa. [ cita requerida ]
Fuera de Europa, varios países expresaron interés. Japón recibe una gran cantidad de fondos para actividades de neutrinos, como el experimento T2K , un factor que no está a su favor, aunque ya se han construido en Japón 20 enormes cavernas con túneles de acceso para plantas de energía hidroeléctrica (por ejemplo, la planta hidroeléctrica de Kannagawa ). Tras el cierre del Tevatron, algunos grupos dentro de los EE. UU. habían expresado interés, siendo Fermilab un sitio favorito debido a las instalaciones y los expertos que ya estaban presentes. Gran parte del interés especulativo de otros países era rumores dentro de la comunidad científica, y muy pocos hechos se publicaron oficialmente. La información presentada anteriormente es un resumen de la contenida en el Taller internacional sobre colisionadores lineales 2010 (Reunión conjunta ECFA-CLIC-ILC) en el CERN. [13]
La crisis económica de 2008 llevó a Estados Unidos y al Reino Unido a recortar los fondos para el proyecto del colisionador, [14] lo que llevó a Japón a posicionarse como el anfitrión más probable para el Colisionador Lineal Internacional. [15] El 23 de agosto de 2013, el comité de evaluación del sitio de la comunidad japonesa de física de alta energía propuso que debería ubicarse en las montañas Kitakami de las prefecturas de Iwate y Miyagi . [16] Al 7 de marzo de 2019, el gobierno japonés declaró que no está listo para apoyar la construcción del Colisionador debido a su alto costo propuesto de aproximadamente $ 7 mil millones. Esta decisión fue informada en parte por el Consejo Científico de Japón . El gobierno japonés buscó apoyo monetario de otros países para ayudar a financiar este proyecto. [17]
En 2022, el plan japonés para el ILC fue "archivado" por un panel del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón (MEXT) [18] Se dieron varias razones, incluido el apoyo internacional potencialmente insuficiente y la propuesta del CERN para el Futuro Colisionador Circular , que tiene objetivos de física superpuestos con el ILC.
En marzo de 2024, la "Federación de Miembros de la Dieta para la CDI" se reunió para recibir "Informes sobre el progreso del proyecto de la CDI y las iniciativas de las organizaciones pertinentes". [19] Cincuenta participantes, incluidos miembros de la Dieta y otros organismos gubernamentales, así como investigadores y empresas, recibieron informes sobre el progreso del proyecto. Los participantes discutieron el futuro de la CDI. [19] La reunión dio como resultado tres recomendaciones:
1. El proyecto ILC será promovido aún más por la comunidad de investigación, la industria, las organizaciones que promueven los sitios candidatos, los ministerios y organismos pertinentes, los miembros de la Dieta y otras organizaciones políticas dentro de un marco de todo Japón.
2. En el caso del proyecto ILC, se fortalecerá aún más la colaboración internacional como iniciativa mundial en la que participe la comunidad de investigadores. Esto se logrará mediante una estrecha cooperación entre el Equipo de Desarrollo Internacional (IDT) del ILC, una organización de promoción internacional creada en el marco del ICFA, y la comunidad de investigadores nacionales.
3. El Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (MEXT) debería desempeñar un papel activo en la colaboración con la comunidad internacional de investigación para lograr el programa de aceleradores globales. Esta colaboración debería aprovechar el marco del Comité de Enlace sobre Futuros Aceleradores de Alto Rendimiento, en asociación con la Oficina del Gabinete, así como con otros ministerios y organismos pertinentes.
— Federación de Miembros de la Dieta para la CDI, Recomendación para la promoción del Proyecto Internacional de Colisionador Lineal [20]
El Informe de Diseño de Referencia estimó el costo de construcción del ILC, excluyendo I+D, creación de prototipos, adquisición de terrenos, costos de servidumbre subterránea, detectores, contingencias e inflación, en 6.750 millones de dólares [21] (a precios de 2007). Se espera que a partir de la aprobación formal del proyecto, la finalización del complejo de aceleradores y detectores requiera siete años. El país anfitrión tendría que pagar 1.800 millones de dólares para costos específicos del sitio, como excavación de túneles y pozos y suministro de agua y electricidad.
El ex secretario de Energía de Estados Unidos, Steven Chu, estimó que el costo total sería de 25.000 millones de dólares. El director del ILC, Barish, dijo que es probable que se trate de una sobreestimación. Otros funcionarios del Departamento de Energía han estimado un total de 20.000 millones de dólares. [22] Al finalizar el Informe de Diseño del ILC de 2013, Barish dijo que el costo de construcción del ILC era el equivalente a 7.780 millones de dólares de 2012; requerirá "22,6 millones de horas de trabajo y costos específicos de la ubicación, incluyendo la preparación del sitio, los detectores científicos y las operaciones de la instalación". [23]
Medios relacionados con el Colisionador Lineal Internacional en Wikimedia Commons
