Великий адронний колайдер (ВАК) у ЦЕРНі – найпотужніший прискорювач частинок у світі. За десять років роботи він дав можливість зробити чудові відкриття, у тому числі довгоочікуваний бозон Хіггса. Міжнародна команда фізиків представила концептуальний проект нового прискорювача частинок, на тлі якого ВАК здасться крихтою.
Майбутній циклічний колайдер (Future Circular Collider) задуманий як наступник “Великого”. Він може допомогти з’ясувати, з чого фактично складається більшість всесвіту, або навіть відкрити абсолютно нову фізику.
Передбачуване розташування майбутнього циклічного колайдера – CERN.
Проект передбачає будівництво підземного тунелю завдовжки 100 км, що проходить під Женевою та прилеглою сільською місцевістю. Частинки переходитимуть із ВАКа, довжина якого становить 27 км, у новий колайдер. Це дозволить зіштовхувати частки, розігнані до енергії в сім разів більшої, ніж у ВАК. Він дасть можливість проводити дослідження, що знаходяться за межами можливостей свого попередника, та зможе вивести фізику елементарних частинок у незвіданий мікроскопічний світ.
Майбутній циклічний колайдер може відкрити двері у світ темної матерії, яку ми поки що не виявили.
Створення Майбутнього циклічного колайдера розбито на два етапи. На першому буде споруджена машина, яка зіштовхує електрони з їхньою, так би мовити, антиматерійною версією – позитронами. Вважається, що кожна частина має пару з антиматерії, практично ідентичну, але з протилежним зарядом. Коли пари зустрічаються, вони повністю знищують один одного, а вся їхня енергія перетворюється на нові частки.
Енергію зіткнення у такому колайдері можна дуже точно контролювати. Крім того, зіткнення будуть дуже «чистими» порівняно з ВАК, що стикається з протонами. Протони – це не фундаментальні частинки, як електрони, а скупчення дрібніших частинок, що включають кварки та глюони. Коли вони стикаються, їх «начинки» розлітаються, що ускладнює пошук нових частинок серед «уламків».
Основна мета електрон-позитронного колайдера полягатиме у вивченні бозона Хіггса, який відповідає за походження маси інших фундаментальних частинок. Він зможе створювати мільйони бозонів Хіггса і проводити вимірювання їхніх параметрів із небувалим рівнем точності.
Це обіцяє численні можливості для нових відкриттів. Одне з найпривабливіших полягає в тому, що бозон Хіггса може діяти як портал, що сполучає світ звичайної атомної матерії, в якому ми живемо, з прихованим світом частинок, які ми поки що не змогли виявити. Близько 85% всієї матерії у всесвіті – чорна. Ми знаємо, що вона існує лише за гравітаційним тяжінням, яке вона чинить на навколишню матерію. Електрон-позитронний колайдер може змінити це та допомогти побачити бозон Хіггса, що розпадається на її частинки.
На другому етапі його змінить набагато потужніший протон-протонний колайдер, у якому енергія зіткнення досягатиме 100 трлн електрон-вольт. Це буде машина відкриттів, яка здатна створювати величезний спектр нових частинок. Цей прискорювач дозволить майже повністю охопити енергетичний діапазон, у якому, ймовірно, буде знайдено більшість форм темної матерії. З ним вчені матимуть змогу вивчити умови, що існували трильйонну частку секунди після Великого вибуху. Цей момент в історії всесвіту має вирішальне значення, оскільки саме тоді поле Хіггса – всепроникне енергетичне поле, невеликою часткою якого є бозон Хіггса, – колапсувало до свого поточного стану, що породило маси фундаментальних частинок.
Розуміння того, як поле Хіггса набуло свого нинішнього рівня енергії, – це одна з найбільших невирішених проблем у фізиці.
Крім того, новий коллайдер може допомогти і у вирішенні іншої головоломки: чому всесвіт майже повністю складається з матерії, а не з антиматерії.
Неочевидна вигода
Реалізація першого етапу спорудження нового колайдера намічено на 2040-ті. Вона відбудеться після фінального запуску модернізованого ВАК. Фаза 2 буде здійснена десятиліттям пізніше. Обидва проекти коштуватимуть дуже недешево – 24 мільярди євро загалом. Такий цінник уже спричинив обґрунтовану критику. Деякі стверджують, що ці гроші було б краще витратити на щось інше. Наприклад, на боротьбу із зміною клімату.
Однак фізик Джон Уомерслі, який бере участь у розробці Майбутнього циклічного колайдера, зазначає, що БЦК обіцяє і менш очевидні вигоди, крім розширення бази фундаментальних знань. За його словами, Майбутній циклічний коллайдер стимулює розвиток інноваційних технологій, необхідних для вирішення пов’язаних з ним завдань. Свого часу для задоволення потреб фундаментальної фізики було розроблено інтернет, Wi-Fi та надпровідні магніти в машинах МРТ.
Такий амбітний проект стане можливим лише завдяки широкій міжнародній співпраці при фінансуванні з десятків країн. Він уже включає 1300 учасників із 150 університетів та дослідницьких інститутів, а також промислових партнерів з усього світу. Тим часом про подібний проект думає і Китай – єдина країна, здатна мобілізувати ресурси, необхідні для самостійного створення такої грандіозної машини.
Прихильники Майбутнього циклічного колайдера сподіваються, що проект увійде до нової європейської стратегії щодо фізики елементарних частинок, яка буде опублікована у 2020 році.
Шлях проекту напевно буде усипаний перешкодами, але фізики сповнені рішучості не відмовлятися від прагнення до глибшого розуміння нашого всесвіту.
За матеріалами Фокус.юа