ЦЕРН планирует построить новый ускоритель с протяженностью тоннеля в 100 км

Источник: M.Brice/CERN

ЦЕРН ^[1] — европейская организация по ядерным исследованиям, которая представляет собой крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий. Располагается она на границе Швейцарии и Франции, рядом с Женевой. Именно ЦЕРН вместе с партнерами построил Большой адронный коллайдер. БАК помог совершить множество открытий, которые помогли ученым лучше понять строение микромира и законы, которые в этом мире царят.

Сейчас ЦЕРН заявил о намерении построить новый ускоритель, размер которого в пять раз превысит размеры БАК. Протяженность тоннеля составит 100 километров. Называется новая система «Будущий кольцевой коллайдер» (Future Circular Collider, FCC). На днях ЦЕРН опубликовал ^[2] проект о новом проекте, изложенный в четырех томах.

Стоимость нового ускорителя оценивается в $9 млрд, из них $5 млрд уйдет на создание тоннеля протяженностью в 100 км. Ученые планируют достичь энергий элементарных частиц порядка 100 тераэлектронвольт. Изначально будут сталкивать электроны и позитроны, но затем коллайдер будет модифицирован и перенастроен на протон-протонные пучки (именно с ними работают в Большом адронном коллайдере).

Несмотря на развернутость доклада и подготовку солидной технической базы, строительство нового коллайдера начнется не ранее 2040 года. Текст доклада уже отправлен в European Physical Journal, препринт выложен ^[3] на официальном сайте ЦЕРН.

Стоит отметить, что результаты работы БАК несколько удивили научное сообщество, поскольку многие специалисты ждали, что при достижении энергии частиц в несколько тераэлектронвольт в ускорителе будут возникать новые частицы. До БАК существовало множество работ, в которых предсказывалось появление различных частиц при энергиях указанного выше порядка. Но на практике этого не случилось — в БАК энергия столкновений частиц достигает 13 тераэлектронвольт, но новых частиц нет.

Именно поэтому было решено построить еще более мощный коллайдер, который может разгонять элементарные частицы до энергий в сотни тераэлектронвольт. О проекте «Будущий кольцевой коллайдер» (Future Circular Collider, FCC) впервые было заявлено в 2014 году. Тогда ЦЕРН опубликовал лишь первые штрихи будущего проекта.

Сейчас же проект анализируется более тщательно, работа по предварительному проектированию и анализу заняла более пяти лет. В разработке «Будущего кольцевого коллайдера» приняли участие 1300 ученых из более чем 150 университетов.

Что касается доклада, то первый том посвящен вопросам современной физики микромира. Составители тома рассказывают о потенциале FCC, возможных открытиях, которые он поможет сделать. К примеру, ученые надеются обнаружить частицы темной энергии а также массивные нейтрино. Также физики надеются узнать, какова структура потенциала Хиггса, как и почему возникает масса бозона Хиггса. На FCC будут исследовать кварк-глюонную плазму и фазовые переходы в теории электрослабых взаимодействий. Возможно, коллайдер поможет уточнить параметры уже обнаруженных частиц, включая векторные бозоны, бозон Хиггса, топ-кварка.

Второй том посвящен строению и характеристикам электрон-позитронного коллайдера. Речь идет о техническом проекте самой системы. Специалисты показывают, из каких элементов будет состоять ускоритель, включая детекторы частиц, катушки индуктивности, системы безопасности и т.п. Разработчики планируют довести энергию столкновений до параметров 90-365 гигаэлектронвольт. Светимость превысит 10³⁶ обратных квадратных сантиметров на секунду.

В третьем томе раскрываются подробности модификации коллайдера при переходе на протон-протонные пучки. В этом случае энергия столкновений достигнет 100 тераэлектронвольт со светимостью 10³⁵ обратных квадратных сантиметров на секунду.

Четвертый том раскрывает особенности функционирования Большого адронного коллайдера высоких энергий. Эта система — предшественник FCC, который, к тому же, базируется на существующей инфраструктуре БАК. Энергия столкновений на «промежуточном» коллайдере составит около 27 тераэлектронвольт (в два раза больше, чем у БАК), но на его создание понадобится гораздо меньше ресурсов.

Сейчас БАК модернизируют, работы по преобразованию коллайдера в более мощную систему начались в прошлом году. Пока что БАК не работает, все работы на нем приостановлены. FCC планируют построить рядом с БАК, в окрестностях Женевы.

Автор: Максим Агаджанов

Источник ^[4]