Фізики обговорюють перспективи коллайдера на 100 ТеВ • Ігор Іванов • Новини науки на "Елементи" • LHC, ЦЕРН, Плани на майбутнє

Фізики обговорюють перспективи коллайдера на 100 ТеВ

Можливе розташування 80-100-кілометрового тунелю для нового протонного коллайдера на енергію 100 ТеВ, з яким можуть бути пов'язані довгострокові перспективи розвитку ЦЕРНу. Зображення з сайту press.web.cern.ch

Днями в ЦЕРНі і в Женевському університеті пройшли відразу дві наукові конференції, присвячені майбутнім колайдері з дуже високими енергіями, аж до 100 ТеВ. Одна з них проводилася в рамках нещодавно запущеної в ЦЕРНі програми з вивчення технічних аспектів майбутніх проектів кільцевих коллайдеров. Інша, що передувала їй, конференція сфокусувалася на наукових можливостях, які стануть доступні при підвищенні енергії протонних зіткнень майже на порядок.

Змалюємо коротко ситуацію, яка складається в фізиці елементарних частинок зараз, після першого трирічного сеансу роботи Великого адронного коллайдера.

В середині 2000-х років фізики були налаштовані дуже оптимістично. Багато з них висловлювали надію, що перші роки і навіть місяці роботи LHC принесуть урожай нових відкриттів: народження і розпад нових частинок і незвичайні явища, виявлення суперсиметрії або іншої теорії, що лежить за межами Стандартної моделі.Ці надії були небезпідставні: нові явища на масштабі енергій порядку 1 ТеВ могли б привести до природних відповідей на деякі теоретичні питання.

Але райдужні очікування не підтвердилися. На сьогоднішній день відкрито тільки хіггсовський бозон і все його виміряні властивості узгоджуються зі стандартним бозоном Хіггса. Ні суперсиметрії, ні будь-яких інших достовірних відхилень від Стандартної моделі поки не виявлено. Все це не дозволяє фізикам наблизитися до головної мети – проникнути ще на один рівень глибше в розумінні пристрою матерії.

Звичайно, теоретики не залишаються без діла. Зайве оптимістичні сценарії суперсиметрії і інших теорій закриваються, але це не закриває самі ідеї. Якщо раніше основний акцент був на нових фізичних явищах на масштабі енергій близько 1 ТеВ, то тепер широко вивчаються варіанти, в яких відхилення стають помітні лише на енергіях в десятки ТеВ. Такі теорії практично не відрізняються від Стандартної моделі на Великому адронному колайдері, але при істотному підвищенні енергії вони можуть привести до яскравих ефектів. Саме тому останнім часом все сильніше вимальовується бажання фізиків радикально підвищити енергію зіткнень.

Як було відзначено в одному з доповідей, епоха гарантованих відкриттів у фізиці елементарних частинок закінчилася. Невідомо, на яких енергіях і в яких процесах проявиться нова грань нашого світу. Звичайно, може виявитися, що при підвищенні енергії і світності LHC все ж знайде якесь прояв Нової фізики, але швидше за все воно буде невеликим. Нобелівську премію таке відкриття, може бути, і принесе, але детально вивчити цей ефект не вийде. І якщо ми дійсно хочемо вивчати природу і просуватися в недоступні раніше області, то через пару-трійку десятків років, після вичерпання можливостей LHC, фізикам знадобиться новий коллайдер з новими можливостями. Цей коллайдер необхідно планувати вже зараз, і для цього фізикам треба чітко уявляти собі, що здатний дати кожен з проектів.

Головний інтерес у ЦЕРНу в плані довгострокового розвитку викликає зараз наступний проект. На території Франції і Швейцарії планується прокопати новий кільцевий тунель довжиною 80-100 км (див. Малюнок), в якому буде розміщений новий протонний коллайдер з енергією 100 ТеВ. Очікується, що технології створення електромагнітів дозволять на той час підвищити магнітне поле як мінімум в 2 рази, що і дасть можливість утримувати на орбіті протони таких високих енергій.Зрозуміло, при цьому виникають технічні труднощі, пов'язані з енерговиділенням і забезпеченням безпеки установки, і над цими питаннями будуть працювати групи фахівців. Реалізація такої установки займе близько 20 років. Тому якщо цей коллайдер планується запускати після LHC (тобто в районі 2035-2040 роки), працювати над ним треба вже зараз. Вивчається також варіант, при якому спочатку в цьому тунелі буде встановлено електрон-позитронний прискорювач на невелику енергію, який технічно виготовити буде простіше, а потім йому на зміну прийде 100-тевний протонний.

На що слід фізикам орієнтуватися при таких енергіях? По-перше, на пряме відкриття нових важких частинок, маса яких може досягати десятків ТеВ. По-друге, в даних можуть проступати і нові легкі частинки (наприклад, нові хиггсовских бозони), які не народжувалися на LHC через маленьку ймовірності цього процесу. Оцінки, представлені на конференції, показують, що така можливість реалізується в багатьох нинішніх варіантах теорій.

По-третє, навіть якщо ніяких нових часток не буде відкрито, у нас є ще погано вивчений хіггсовський бозон.Якщо орієнтуватися на протонний коллайдер з енергією 100 ТеВ, то хиггсовских бозони там будуть народжуватися багатьма тисячами в день, а значить, з'являється можливість вивчити його в усіх подробицях. Оскільки хіггсовський бозон стане рядовий часткою, мета буде полягати не в тому, щоб просто побачити його в даних, а у виявленні якогось незвичайного процесу з його участю. Це можуть бути екзотичні розпади, народження декількох бозонів Хіггса, невидимі розпади бозона Хіггса, які будуть натякати на його зв'язок з частинками темної матерії, і т. П. Оцінки, зроблені в одному з доповідей, дозволяють сподіватися на виявлення незвичайних розпадів з ймовірністю менше однієї мільйонної. Таким чином, хіггсовський бозон перетвориться з самоцілі в інструмент для вивчення фізики.

Минулі два конференції були тільки першим кроком п'ятирічної програми ЦЕРНу по дослідженню майбутніх коллайдеров. Зараз кілька колективів фахівців почнуть щільно вивчати великий набір теоретичних і експериментальних можливостей, а приблизно через рік очікується їх нова робоча зустріч. Паралельно з цим до осені 2014 року підготовлений великий проект для нової європейської програми наукових досліджень на найближчу п'ятирічку Horizon 2020.У 2018 році, до моменту закінчення програми, очікується перший ґрунтовний технічний звіт вивчених можливостей. Разом з новими даними LHC він дозволить визначитися з конкретними кроками щодо подальшого технічного розвитку ЦЕРНу.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: