Физики планируют построить Очень большой адронный коллайдер

С тех пор как Большой адронный коллайдер (БАК) был введён в эксплуатацию в Европе в 2008 году, учёные, изучающие физику элементарных частиц даже не мечтали о чем-то большем. Но в 2012 году с открытием бозона Хиггса БАК выполнил своё изначальное предназначение, и физики задумались о проектировании машины, которая в один прекрасный день смогла бы стать на его место — Очень большого адронного коллайдера (VLHC).

"Это разумная попытка заложить основы видения на десятилетия вперёд, – говорит Майкл Пескин (Michael Peskin), физик-теоретик из Национальной ускорительной лаборатории SLAC, представивший концепцию VLHC консультативной группе правительства США.

Гигантская машина сможет затмить всех своих предшественников. Она сможет сталкивать протоны с энергией около 100 тераэлектронвольт (ТэВ) (в сравнении с запланированными 14 ТэВ Большого адронного коллайдера). Такие показатели потребуют туннеля окружностью в 80-100 километров (окружность БАК всего 27 км).

За последнее десятилетие на подобные исследования выделялось не так много средств, но этим летом на встрече в Миннеаполисе (Snowmass Meeting 2013), где сотня физиков выдвинула свои концепции будущих изобретений, проект VLHC был признан лучшим.

Некоторые физики отмечают, что, несмотря на всю амбициозность проекта, VLHC будет лишь одной из "рабочих лошадок" глобальной физики элементарных частиц будущего. В числе других приоритетов: модернизация БАК, который в феврале был закрыт на 2 года, чтобы повысить энергию с 7 ТэВ до 14 ТэВ; строительство Международного линейного коллайдера в Японии, способного сталкивать пучки электронов и позитронов; крупный проект США по использованию пучков высокой интенсивности, генерируемых в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory).

Джонатан Рознер (Jonathan Rosner), физик из университета Чикаго, созвавший Snowmass, считает, что именно эти предстоящие проекты должны находиться в центре внимания. "Выделять VLHC пока преждевременно, – считает он. – В некотором смысле, интерес к VLHC — это признак того, что физика элементарных частиц возвращается к своим корням, учёные вновь пытаются найти фундаментальные строительные блоки природы".

Открытие бозона Хиггса поддержало идею о том, что некоторые частицы имеют массу, поскольку они взаимодействуют с полем Хиггса. Тем не менее, многие аспекты открытия до сих пор не поняты до конца, в том числе, почему масса самой частицы Хиггса настолько велика. Объяснить его "тяжесть" можно с помощью теории суперсимметрии. Известные частицы в сочетании с более тяжёлыми могут наблюдаться в больших ускорителях частиц. Хотя БАК и не обнаружил никаких признаков суперсимметрии, Пескин надеется, что в конце десятилетия эту теорию можно будет использовать при строительстве больших машин.

Один из сторонников большей машины — Нима Аркани-Хамед (Nima Arkani-Hamed), физик-теоретик из Института перспективных исследований США. В декабре он будет открывать Центр будущей физики высоких энергий (Center for Future High Energy Physics) в Пекине. Часть его основной миссии заключается в изучении физики, способной помочь будущим разработкам протонного коллайдера. Уильям Барлетта (William Barletta), профессор физики ускорения в Массачусетском технологическом институте, считает, что эта работа имеет решающее значение для определения размера машины. По его мнению, чтобы построить устройство с мощностью в 100 ТэВ, необходимо создать сверхпроводящие магниты, которые смогут работать в более высоких полях, нежели нынешнее поколение (возможно, 20 тесла вместо 14 тесла). Один из главных кандидатов в материалы для таких "монстров" — сплав ниобия с оловом, способный выдержать более высокие поля, но вместе с этим достаточно дорогой и требующий охлаждения ниже -255 градусов по Цельсию.

Добавим что не только физики США, но и специалисты CERN имеют свои собственные планы относительно подобного VLHC коллайдера. Физик Майкл Бенедикт (Michael Benedikt) предложил разработать "Большой адронный коллайдер очень высокой энергии", который будет располагаться под Женевским озером. Ключевые параметры сходны с предположительными данными VLHC: окружность 80-100 км и энергия столкновения 100 ТэВ.

Бенедикт предполагает, что строительство может начаться в 2020-х годах, так что машина как раз будет готова к закрытию БАКа в 2035 году. "Не хотелось бы в итоге получить огромный пробел в физике высоких энергий", – поясняет он.

По его мнению, ещё слишком рано говорить о цене будущего проекта. Но другие физики считают, что коллайдер следующего поколения обойдётся создателям как минимум в $10 миллиардов (329 миллиардов рублей).