Ученые ЦЕРН предлагают построить новый коллайдер: в три раза больше БАК стоимостью $17 миллиардов
Исследователи Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) предложили построить новый, еще более крупный ускоритель частиц. Его рабочее название Будущий кольцевой коллайдер (Future Circular Collider — FCC , русская аббревиатура «БКК»). Он обойдется не менее, чем в 17 миллиардов долларов, будет иметь длину 91 километр, то есть в три раза больше Большого адронного коллайдера (БАК), длина которого 27 километров. Будущий коллайдер предлагается расположить примерно там же, где находится БАК, — недалеко от Женевы.
Физики ЦЕРНа хотят использовать огромный размер и мощность БКК для исследования границ применимости Стандартной модели физики элементарных частиц, — лучшей на данный момент теории, описывающей поведение мельчайших компонентов Вселенной. Сталкивая частицы с еще более высокими энергиями (100 тераэлектронвольт по сравнению с 14 на БАКе), исследователи надеются найти неизвестные частицы и силы, узнать, почему материя перевешивает антиматерию и исследовать природу темной материи и темной энергии, двух невидимых сущностей, которые, как полагают, составляют 95% масса Вселенной.
«БКК станет не только прекрасным инструментом для улучшения нашего понимания фундаментальных законов физики и природы», — заявила на пресс-конференции Фабиола Джанотти, генеральный директор ЦЕРН. — «Это станет драйвером инноваций, потому что нам потребуются новые передовые технологии, от криогеники до сверхпроводящих магнитов, вакуумных технологий, детекторов, приборов — технологий, которые потенциально могут оказать огромное влияние на наше общество и принести огромные социально-экономические выгоды».
Ускорители атомов, такие как БАК, сталкивают протоны вместе со скоростью, близкой к световой, в поисках редких продуктов распада, которые могут быть ключом к открытию новых частиц или сил. Это помогает физикам лучше понять фундаментальные строительные блоки Вселенной и то, как они взаимодействуют, описываемые Стандартной моделью физики.
Проверка стандартной модели
Хотя Стандартная модель позволила ученым сделать замечательные открытия, такие как доказательство существования бозона Хиггса, открытого на БАК в 2012 году, физики постоянно ищут новую физику, чтобы ее разрушить и искать новешую.
Это связано с тем, что Стандартная модель, несмотря на то, что она является нашей наиболее полной на данный момент теорией элементарных частиц, имеет серьезные пробелы. Например, она не может объяснить, откуда возникает сила гравитации, из чего состоит темная материя или почему во Вселенной настолько больше материи, чем антиматерии.
Чтобы открыть эти новые горизонты, физики из ЦЕРН предлагают использовать семикратное увеличение энергии пучка БКК для ускорения частиц до еще более высоких энергий.
Развитие БАК еще далеко от завершения. Предложения, выдвинутые учеными ЦЕРН, являются частью промежуточного отчета по технико-экономическому обоснованию, которое планируется завершить в следующем году. Как только проектирование нового этапа развития БАК будет завершено и план разработан, ЦЕРН, которым управляют 18 государств-членов Европейского Союза, а также Швейцария, Норвегия, Сербия, Израиль и Великобритания, вероятно, будет искать дополнительное финансирование для проекта у государств, не являющихся членами ЕС.
Несмотря на большие надежды на новый коллайдер, некоторые ученые скептически относятся к тому, что такая дорогая машина поможет найти новую физику.
«БKK будет дороже, чем БАК и LIGO (гравитационно-волновая обсерватория) вместе взятые, и у него меньший потенциал открытий», — написала Сабина Хоссенфельдер, физик-теоретик из Мюнхенского центра математической философии. — «При нынешнем уровне знаний и технологий это не принесет хорошей отдачи от инвестиций. В настоящее время есть более перспективные направления, чем физика высоких энергий».
Развитие БКК дело почти такое же долгое, как строительство готического собора в Средние века. Государства-члены ЦЕРН встретятся в 2028 году, чтобы решить, давать ли проекту зеленый свет. Если решение будет принято, в 2045 году заработает первая версия ускорителя, которая будет сталкивать легкие частицы — электроны и позитроны. И только в 2070-х годах БКК начнет работать с протонами.
Готические соборы XXI века
Физик Лоуренс Краусс в своей книге «Почему мы существуем?» пишет: «Готические соборы строились на пределе, а то и за пределами технических возможностей своего времени и требовали создания новых строительных технологий и новых инструментов. Сотни или даже тысячи лучших мастеров из десятков стран возводили их на протяжении многих десятилетий. По сравнению с ними любые уже существовавшие на тот момент здания казались карликами. И весь практический смысл их сооружения состоял в том, чтобы восславить Господа».
«С этой точки зрения и соборы, и коллайдеры представляют собой памятники лучшим, возможно, качествам человеческой цивилизации — способности и готовности придумывать и создавать объекты таких масштабов и такой сложности, что требуется сотрудничество множества отдельных людей со всего света, с целью превратить наше изумление и восхищение устройством космоса в нечто конкретное, что может в будущем улучшить жизнь человека. И коллайдеры, и соборы представляют собой несравненные по величию творения, прославляющие опыт человечества в разных областях».