Ευρωπαϊκή Συνεργασία για την Έρευνα και την Ανάπτυξη Επιταχυντών

Αντικείμενο

Σαν γιγάντια τηλεσκόπια, οι επιταχυντές σωματιδίων μας δίνουν τη μοναδική δυνατότητα να εξερευνήσουμε τα βασικά συστατικά της φύσης (ύλη, δυνάμεις, ενέργεια). Με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC – Large Hadron Collider) η φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και η κοσμολογία φτάνουν στο κατώφλι μιας νέας εποχής ανακαλύψεων, δημιουργώντας τις συνθήκες που επικρατούσαν λίγες στιγμές μετά την Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang). Επιπλέον, σημαντική είναι και η συνεισφορά των επιταχυντών σωματιδίων στις τεχνικές ιατρικής απεικόνισης, στη θεραπεία του καρκίνου, στη βιολογία, στην επιστήμη των υλικών καθώς και στη βιομηχανία. Καθώς είναι τόσο ευρύ το φάσμα των επιστημονικών και τεχνικών πεδίων που εξαρτώνται από την τεχνολογία των επιταχυντών, η Ευρωπαϊκή Ομάδα Στρατηγικής για τη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων (European Strategy Group for Particle Physics) επέλεξε τομείς κοινής προτεραιότητας για την έρευνα και ανάπτυξη των επιταχυντών, όπως τους μαγνήτες υψηλού μαγνητικού πεδίου, την υπεραγωγιμότητα και τους γραμμικούς επιταχυντές. Σε συνέχεια του προγράμματος CARE, τα ιδρύματα που συνεργάζονται στο πρόγραμμα EuCARD συνεισφέρουν σε τεχνογνωσία για την προώθηση της έρευνας σωματιδίων σε ευρωπαϊκό επίπεδο και για την αναβάθμιση των υποδομών των επιταχυντών.

Έρευνα και Ανάπτυξη

Οι θεμελιώδεις συνιστώσες της επιστήμης των επιταχυντών είναι η ικανότητα της οδήγησης, της εστίασης και της επιτάχυνσης των σωματιδίων. Αφού τεθούν αυτοί οι θεμέλιοι λίθοι, ένα μεγάλο φάσμα πεδίων καθορίζει το επίπεδο της επίδοσης που μπορεί να επιτύχει ένας επιταχυντής. Σήμερα, οι υπάρχουσες τεχνολογίες θέτουν περιορισμούς στις θεμελιώδεις αυτές συνιστώσες, οδηγώντας έτσι στην ενεργή ανάπτυξη παγκόσμιων συνεργασιών στον τομέα της έρευνας και ανάπτυξης. Για την οδήγηση και εστίαση σωματιδίων υψηλής-ενέργειας απαιτούνται μαγνήτες με υψηλό μαγνητικό πεδίο, κάτι που μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση υπεραγωγών. Με τους υπεραγωγούς που χρησιμοποιούνται σήμερα το μαγνητικό πεδίο δεν μπορεί να υπερβεί τα 10 Tesla. Το πρόγραμμα EuCARD θα δοκιμάσει την καταλληλότητα ενός νέου διαφορετικού υλικού, του Nb3Sn, το οποίο πιστεύεται ότι θα καταφέρει να ανεβάσει το πεδίο στα 13 με 15 Tesla, περαιτέρω υποβοηθούμενο από υψηλής θερμοκρασίας υπεραγώγιμες προσθέσεις (High Temperature superconducting inserts) που μπορεί να ανεβάζουν το πεδίο στα 20 Tesla. Πρόκειται, όμως, για εύθραυστα υλικά και είναι μία πραγματική τεχνολογική πρόκληση η χρήση τους με τρόπο που να αντεπεξέρχεται στις ακραίες προδιαγραφές για τους μαγνήτες ενός επιταχυντή.
Καθώς οι δέσμες σωματιδίων αυξάνουν σε ισχύ και ένταση, οι κατευθυντήρες (collimators) που είναι υπεύθυνοι για την προστασία της μηχανής, πρέπει να γίνουν πιο αποδοτικοί και αλάνθαστοι. Το πρόγραμμα EuCARD στοχεύει στην σχεδίαση και κατασκευή πρωτοτύπων χρησιμοποιώντας μια γκάμα υλικών που πιστεύεται ότι ικανοποιούν τις νέες αυτές απαιτήσεις. Είναι γενικά αποδεκτό ότι η επόμενη γενιά επιταχυντών σωματιδίων θα είναι γραμμικοί επιταχυντές ηλεκτρονίων. Αυτοί οι γραμμικοί επιταχυντές ελαχιστοποιούν την εγγενή με την καμπυλότητα των φορτισμένων σωματιδίων απώλεια ενέργειας. Ωστόσο, χρειάζεται παράλληλα να μελετηθούν ζητήματα όπως η επιτάχυνση και η σταθεροποίηση της δέσμης, τόσο για τη διάταξη με υπεραγώγιμους όσο και με κλασσικούς ηλεκτρομαγνήτες με δύο δέσμες. Το πρόγραμμα EuCARD θα συνδράμει σε αυτή την ερευνητική κατεύθυνση, επωφελούμενο από τις συνεργασίες με παγκόσμια δίκτυα ειδικών επιστημόνων. Στα πλαίσια του προγράμματος EuCARD θα αξιολογηθούν, επίσης, καινοτόμες ιδέες στον τομέα των επιταχυντών, συνεισφέροντας στην ανάπτυξη νέων δυνατοτήτων για ένα ευρύ φάσμα επιταχυντών.

Δίκτυα και διεθνής πρόσβαση

Οι επιταχυντές είναι μεγάλα και πολύπλοκα εργαλεία. Συνδυάζοντας τα γνωστικά πεδία πολλών ειδικών, είναι δυνατή η σταδιακή κατανόηση της πολυπλοκότητας αυτής. Τα δίκτυα επιστημονικής συνεργασίας και επικοινωνίας του EuCARD προσφέρουν μια κοινή πλατφόρμα όπου επιστήμονες και μηχανικοί από διαφορετικά πεδία μπορούν να ανταλλάσσουν εμπειρίες, να συζητούν τα αποτελέσματά τους, να πειραματίζονται σε νέες ιδέες και να οργανώνουν τις συνεργασίες τους. Τα δίκτυα εστιάζουν στην πρόσβαση σε εγκαταστάσεις για τη φυσική των νετρίνων, σε επιταχυντικές τεχνολογίες και τη βελτιστοποίηση τεχνολογιών συγκρουόμενων δεσμών, σε τεχνολογίες ραδιο-συχνοτήτων, καθώς και στην διάδοση και δημοσιοποίηση των δραστηριοτήτων και των αποτελεσμάτων. Σε αυτό το πνεύμα συνεργασίας και ανταλλαγής, δύο νέες εγκαταστάσεις, το MICE που είναι μια διάταξη συσσώρευσης και επεξεργασίας μυωνίων και το HiRadMat που είναι ένας σταθμός δοκιμής υλικών με παλλόμενες δέσμες σωματιδίων, είναι ανοιχτές για όλη την επιστημονική και τεχνική κοινότητα ως μέρος του προγράμματος διεθνούς πρόσβασης υπό την αιγίδα της ΕΕ.