Китайский институт физики высоких энергий опубликовал проект Кольцевого электрон-позитронного коллайдера размером сто километров. В мире это восприняли как заявку на лидерство в области физики частиц. Подземная мегаустановка станет фабрикой по производству бозонов Хиггса. Главная цель — доказать существование новой физики и раскрыть тайну темной материи. Каким будет самый большой на планете ускоритель и какую роль в проекте сыграли российские физики — в материале РИА Новости.
Умножили на два
Физику микромира исследуют с помощью ускорителей частиц — линейных или кольцевых установок размером сотни метров и десятки километров. Без них сложно раскрыть все тайны окружающей нас материи, но стоимость их создания, как правило, превышает возможности отдельных стран.
В начале 1990-х проекты протонных суперколлайдеров свернули в США (потратив два миллиарда долларов) и в России (проложив 20-километровый тоннель в Протвино). После чего международные усилия сосредоточились на постройке Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРН с целью экспериментально подтвердить существование бозона Хиггса, предсказанного в 1960-е.
В 2012 году "частицу бога" обнаружили, что стало очередным подтверждением Стандартной модели — теории, описывающей микромир. К тому времени уже накапливались данные о некой темной стороне мироздания, недоступной для наблюдения даже самыми совершенными методами. Ученые называют это "новой физикой" и пытаются придумать эксперименты на нынешних ускорителях, которые помогли бы ее "нащупать". Но без принципиально более мощных установок не обойтись.
Китайские ученые активно включились в гонку за новой физикой. Сначала они предполагали построить ускоритель размером пятьдесят километров, в итоге же запроектировали стокилометровое кольцо.
Недавно в интернет-архиве Корнеллского университета были опубликованы дватома физобоснования, так называемого Conceptual design report. Эти документы предназначены для обсуждения международным сообществом. После доработки на их основе составят бюджет проекта и внесут на утверждение правительства страны.
Крученая подача
Кольцевой электрон-позитронный коллайдер (Circular electron positron collider, CEPC) представляет собой три установки, помещенные в один тоннель. Бустер — это кольцо, где разгоняются рожденные в линейном ускорителе сгустки частиц. Далее сгустки электронов и позитронов будут накапливаться каждый в своем кольце, собираться в пучки и сталкиваться. Проектом предусмотрены две точки взаимодействия встречных пучков электронов и позитронов, там установят детекторы для регистрации физических процессов.
Ученые намерены получить миллион рождений бозонов Хиггса за десять лет. Их будет легко зарегистрировать, поскольку в столкновении электронных и позитронных пучков рождаются еще только Z-бозоны. На БАК бозоны рождаются редко и их трудно отделить от шума.
Чтобы достичь нужных параметров (физики называют это светимостью), пучок частиц должен быть очень плотным. В ускорителях их удерживают и фокусируют сильными магнитными полями. Но для мегаколлайдера этого мало. Встречные пучки нужно столкнуть под углом и как бы сжать в самом тонком месте. Технологию, которая позволяет это сделать (crab waist, что переводится как "крабовая перетяжка"), придумали совместно итальянские и российские физики.
"Уверен, что получение более высокой светимости без использования crab waist затруднительно. Его основные компоненты – сильные квадрупольные магниты, фокусирующие сталкивающиеся пучки в месте их встречи, а также электромагнитные секступольные линзы, изменяющие фокусировку частиц сообразно их отклонению от центра этих линз. Необходимым условием является столкновение пучков под углом. Сила секступольных линз и их положение определенным образом связаны с параметрами пучков в месте их встречи", — поясняет в беседе с корреспондентом РИА Новости Михаил Зобов, один из авторов технологии, управляющий технологическими исследованиями Национальной лаборатории Фраскати Национального института ядерной физики (Италия).
Физобоснование CEPC содержит много ссылок на посвященные crab waist работы Зобова и его коллег. Оба тома изобилуют ссылками на труды советских и российских ускорительщиков. По словам физика, китайским ученым под силу самостоятельно провести численное моделирование столкновения пучков и реализовать эту схему на практике. Вместе с тем им предстоит преодолеть множество проблем.
"Crab waist практически решил фундаментальную проблему нелинейного взаимодействия сталкивающихся пучков заряженных частиц. Но чтобы полностью раскрыть его потенциал, необходимо еще поработать над сопутствующими проблемами и техническими решениями. Например, потребуется обеспечить стабильность пучков с малыми размерами и высокой интенсивностью заряженных частиц. И это только одна из тех задач, которые предстоит решить", – уточняет ученый.
Место постройки CEPC еще не выбрано, но уже предварительно подсчитано, что ускоритель обойдется почти в пять миллиардов долларов США. Основная нагрузка ляжет на китайское правительство, однако и международных инвесторов не сбрасывают со счетов. Даты постройки – 2022-2030 годы.
Первые десять лет главной задачей CEPC станет детальное измерение параметров бозона Хиггса. Согласно стандартной модели, поле Хиггса (оно же частица) пронизывает все пространство и наделяет массой кварки, электроны и другие кирпичики мироздания.
После этого ускоритель переделают для протонов на энергию в сто тераэлектронвольт.
Нобелевский лауреат китайского происхождения физик Янг Чжэньнин раскритиковал проект, который, по его мнению, слишком дорог и потому рискует повторить судьбу суперколлайдеров в США и СССР.
Михаил Зобов более оптимистичен, он считает финансирование CEPC вероятным. По его мнению, об этом говорит активное обсуждениекитайского проекта в международном научном сообществе и СМИ.
Широкую же общественность в подобных проектах не в последнюю очередь волнует их безопасность. Во время строительства БАК физикам приходилось опровергать массу домыслов: о высокой радиации, рождении черных дыр и взрывах, которые уничтожат планету. Аналогичные страхи сопровождают и китайский проект, учитывая его размеры и неизвестные глубины микромира, которые ему откроются. В чем его авторы пока точно уверены — это в защите от рентгеновского излучения, которое сопровождает ускоренный пучок электронов.
