Кольцо власти над материей: новый коллайдер изменит будущее науки
В научном сообществе активно обсуждают, что придёт на смену крупнейшему в мире ускорителю частиц — Большому адронному коллайдеру (БАК), расположенному в ЦЕРНе, Женева.
Этот проект, в котором участвует Италия через Национальный институт ядерной физики, остаётся в центре внимания физиков, ведь БАК, работающий сейчас на полную мощность, должен завершить свою миссию к 2041 году. Уже с 2026 года запланирована масштабная модернизация, которая продлит его работу примерно на три года, но будущее физики элементарных частиц требует новых решений.
На недавней встрече по физике элементарных частиц, прошедшей в Венеции при поддержке ЦЕРНа и организованной итальянским институтом, были представлены различные проекты, которые могут стать преемниками БАК.
Один из координаторов группы, занимающейся анализом предложений, отметил, что среди наиболее перспективных вариантов выделяется проект будущего кругового коллайдера (FCC).
Этот гигантский ускоритель, длина окружности которого составит около 90 километров, будет работать в два этапа. На первом этапе, который начнётся во второй половине XXI века, в нём будут сталкиваться электроны и их античастицы — позитроны. Второй этап, запланированный примерно на 2070 год, превратит машину в протон-протонный коллайдер. Таким образом, речь идёт о проекте с горизонтом планирования на десятилетия вперёд.
Новый ускоритель будет значительно превосходить БАК по размерам — его длина более чем в три раза превысит текущий коллайдер. Планируется, что он будет построен на глубине около 200 метров на границе Франции и Швейцарии. В этом году уже завершено технико-экономическое обоснование проекта, и предварительная стоимость первого этапа оценивается в 15 миллиардов швейцарских франков.
Однако круговой коллайдер — не единственный вариант. Рассматриваются также проекты линейных ускорителей, которые имеют свои преимущества. По словам представителя ЦЕРНа, линейные машины позволяют избежать потерь энергии, характерных для круговых ускорителей, где частицы теряют энергию из-за изгиба траектории.
Однако у линейных коллайдеров есть ограничение: они способны производить только одно столкновение частиц за раз, в отличие от круговых, где одновременно могут проводиться до четырёх экспериментов. В линейных же ускорителях возможно проведение не более двух экспериментов, причём данные собираются поочерёдно.
Какой бы вариант ни был выбран, будущий ускоритель станет важнейшим инструментом для науки. Исследователи рассчитывают, что он позволит глубже изучить свойства бозона Хиггса, наблюдая за его поведением в различных условиях. Кроме того, новый коллайдер может открыть двери к так называемой "новой физике", выходящей за рамки Стандартной модели — современной теории, которая, несмотря на свою эффективность, не отвечает на все вопросы о природе Вселенной.
Уточнения
Большо́й адро́нный колла́йдер — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений.