ЦЕРН хочет построить еще более огромный коллайдер

Коллайдеры — вполне себе природное явление, которое часто встречается в нашей Вселенной. Частицы сталкиваются и расщепляются в звездах и черных дырах при энергиях, которые даже вообразить сложно. Однако гордость просыпается, когда понимаешь, что человек пытается построить нечто подобное. Сегодня исследовательский центр, который принес нам новости о непостижимо крошечных частицах, удостоенных Нобелевской премии, заявил о планах стать намного больше.

Европейская организация ядерных исследований (она же ЦЕРН) уже имеет удовольствие использовать самый большой и мощный ускоритель частиц в мире – Большой адронный коллайдер. Но сегодня был опубликован отчет, в котором рассматривается дизайн более крупного и мощного потенциального преемника – Будущего кругового коллайдера (FCC, БКК).

С помощью Большого адронного коллайдера была открыта субатомная частица бозон Хиггса в 2012 году, а также многое другое. Но для изучения еще более неуловимых аспектов Вселенной, по мнению многих физиков, нам понадобится более новый и мощный инструмент.

Большой адронный коллайдер имеет протяженность порядка 28 километров, но его замена будет в четыре раза больше – до 100 километров. Этого достаточно, чтобы окружить весь город Женева.

Ускорители частиц нуждаются в таких размерах, чтобы разгонять крошечные кусочки атомов до околосветовой скорости, прежде чем они столкнутся. Получающиеся столкновения дают исследователям лучшее понимание законов физики. Будущий круговой коллайдер, с его более мощным механизмом и более длинным туннелем, сможет наблюдать частицы, которые остаются невидимыми для современных технологий.

Ожидается, что Большой адронный коллайдер будет эксплуатироваться как минимум до 2035 года. Но масштабы строительства его преемника настолько велики, что планировать нужно загодя. Концепция Большого адронного коллайдера была представлена в 1984, одобрена в 1994, но открыта только в 2009 году. С момента начала реализации и до последнего эксперимента, как ожидается, история Будущего кругового коллайдера растянется на семь десятилетий.

Сегодняшний отчет представляет собой концептуальный проект для Будущего кругового коллайдера, четырехтомная работа, над которой работало 1300 ученых в течение пяти лет. В нем изложены несколько возможных конструкций будущего коллайдера, которые физики элементарных частиц будут иметь в виду, закладывая цели для своих исследований на следующие несколько лет.

БАК уже дал исследователям много пищи для работы, но также и оставил загадок. Сейчас коллайдер проходит через запланированную модернизацию, но исследователи все же хотели бы получить лучшее понимание антиматерии, узнать больше о природе темной материи и где ее найти, а также выяснить, почему бозон Хиггса намного лучше, чем ожидалось. На эти вопросы сможет ответить только машина побольше.

Проект Будущего кругового коллайдера раскрывает несколько различных потенциальных аспектов объекта. Будет огромный туннель, который позволит тонким пучкам частиц перемещаться без необходимости проходить по кривым, которые будут такими же тесными, как на БАК. Будет лептонный коллайдер, который сможет сталкивать лептоны вместе. Это, в теории, обеспечит ученых более точными измерениями Хиггса и других частиц, которые они только начинают понимать. Будет также большой адронный коллайдер, который сможет сталкивать частицы вместе на еще больших энергиях.

По данным ЦЕРН, строительство туннеля будет стоить 5 миллиардов евро, плюс еще 4 миллиарда евро понадобится на первоначальный лептонный коллайдер до 2040 года и еще 15 миллиардов на адронный коллайдер, который заменит первый и начнет работу в 2050 году. Такого же подхода придерживались с БАК.

Это огромные суммы денег, конечно. Многие ученые предпочли бы вложить их в медицину или борьбу с изменением климата. Деньги на проекты ЦЕРН поступают от 22 государств и институтов, использующих объекты. Впрочем, многие физики полагают, что инвестиции будут стоить того.

Даже Питер Хиггс высказался: «Мы оцарапали поверхность, но определенно еще больше нам предстоит открыть».