Европа продвигает планы по строительству 91-километрового суперколлайдера стоимостью 15 миллиардов швейцарских франков (17 миллиардов долларов США) под сельской местностью Франции и Швейцарии. 

Эта установка позволит исследователям детально изучить бозон Хиггса. Однако ученые вынуждены убеждать спонсоров в целесообразности таких огромных инвестиций после того, как Большой адронный коллайдер (БАК) не открыл новых физических явлений.

Подробности плана ЦЕРН стали известны из среднесрочного отчета о целесообразности создания будущего кольцевого коллайдера (Future Circular Collider — FCC), который превзойдет своего предшественника — 27-километровый БАК в ЦЕРНе, европейской лаборатории физики элементарных частиц под Женевой (Швейцария).

Первая фаза исследования, посвященная определению того, где и как можно построить такую установку в регионе ЦЕРН, не выявила «никаких технических или научных препятствий», которые могли бы помешать ее строительству, заявил на пресс-брифинге 5 февраля Элиэзер Рабинович, президент Совета ЦЕРН, руководящего органа организации.

Строительство установки, для которой потребуется пробурить кольцевой туннель на глубине около 200 метров под землей, может начаться уже в 2033 году.

Тоннель длиной 91 километр, который, согласно проекту, должен прерываться четырьмя экспериментальными залами, будет опоясывать территорию, превышающую площадь Чикаго в штате Иллинойс. Совет рассмотрел отчет 2 февраля, но сам документ не был обнародован. Полный текст исследования будет опубликован в следующем году, а решение о «да» или «нет» по проекту должно быть принято до 2028 года.

Бывший генеральный директор ЦЕРН Крис Ллевеллин Смит говорит, что решение не публиковать среднесрочный отчет вызвало у него недоумение, но он считает, что ЦЕРН находится на правильном пути, «без сомнения».

«Большое количество деталей было дополнено», но общая концепция осталась неизменной, что «очень обнадеживает», добавляет Ллевеллин Смит, физик из Оксфордского университета (Великобритания).

Сталкивающиеся частицы

Планируемая установка будет сталкивать электроны с их партнерами из антивещества, позитронами, примерно с 2045 года с целью генерации и детального изучения около миллиона бозонов Хиггса.

Многие физики считают, что изучение частицы, которая была открыта в 2012 году и взаимодействует как никакая другая, представляет собой самый большой шанс для физиков найти трещины в стандартной модели, дико успешной, но неполной модели частиц и сил.

Физики призвали провести исследование возможности создания FCC в 2020 году в рамках приоритетов, известных как Европейская стратегия в области физики элементарных частиц. Фабиола Джанотти, генеральный директор ЦЕРН, сообщила журналистам, что в рамках стратегии FCC был признан «наиболее убедительным научным инструментом» из тех, которые рассматривались.

Топологическая карта, показывающая предпочтительное размещение FCC в ЦЕРНе в Европе.


FCC (большой круг, пунктирный контур) будет построен рядом со своим предшественником в ЦЕРНе — Большим адронным коллайдером (малый круг).

Строительство FCC еще далеко не завершено. Большая часть стоимости в 15 миллиардов швейцарских франков будет покрыта из существующего бюджета ЦЕРН, добавил Джанотти. Но проект все равно потребует финансовых вложений от европейских стран, которые являются полноправными членами ЦЕРН, а также от других стран, таких как США и Япония.

На брифинге не было представлено никакой информации о том, какими могут быть эти расходы. «Похоже, они уклонились от предоставления конкретных цифр, таких как стоимость и то, что может быть разделено между странами, не являющимися членами», — говорит Майкл Риордан, историк физики из Истсаунда, штат Вашингтон.

Больше мегаколлайдеров

Тем временем в мире разрабатываются и другие проекты «фабрики Хиггса». Японское правительство проявило интерес к размещению у себя давно запланированного Международного линейного коллайдера, а Китай разрабатывает кольцеобразную установку под названием Круговой электрон-позитронный коллайдер.

Джанотти сказал, что Европейская стратегия по физике частиц пришла к выводу, что FCC обладает большим физическим потенциалом, чем линейный коллайдер, поскольку может производить бозоны Хиггса с большей скоростью и потому, что те же самые туннели впоследствии могут быть использованы для установки с гораздо более высокоэнергетической установкой, сталкивающей протоны.

Не все представители сообщества физиков элементарных частиц поддерживают предложенную ЦЕРНом установку. Донателла Луккези, физик частиц из Университета Падуи (Италия), не согласна с тем, что организация уделяет особое внимание FCC. «Я не верю, что это полезно для нашего сообщества, как по научным, так и по другим причинам». Луккези входит в группу, изучающую альтернативную технологию для будущих коллайдеров, основанную на столкновении пучков мюонов.

Джанотти сказал, что строительство FCC не помешает CERN внести свой вклад в мюонный коллайдер, установку, о необходимости изучения которой влиятельная группа американских ученых заявила в декабре.

Мюоны гораздо массивнее электронов, что позволяет проводить более высокоэнергетические столкновения.

Но пока никто не знает, возможно ли вообще построить мюонный коллайдер. «Конечно, мы будем сотрудничать с нашими американскими коллегами, если они планируют построить новый коллайдер в США, но это будет происходить в сроки, которые совершенно не совпадают со сроками работы FCC», — сказала она.

Некоторые учёные утверждают, что стоимость строительства таких мегаколлайдеров перевешивает их преимущества, особенно когда теория не дает четкого представления о том, что может быть обнаружено.

«Правда, на данный момент у нас нет четкого теоретического руководства о том, что мы должны искать», — сказала Джианотти, но это, по её словам, аргумент в пользу создания новой установки. «Приборы позволят нам сделать большой шаг вперед в решении этого вопроса, а также подскажут нам, какие вопросы являются правильными», — сказала она.


doi: doi.org/10.1038/d41586-024-00353-9

Источник: www.nature.com