В поисках тёмной материи

Исследователи крупнейшего в мире ускорителя частиц в Швейцарии представили предложения по созданию нового, гораздо более крупного суперколлайдера. Их цель — открыть новые частицы, которые произведут революцию в физике и позволят лучше понять, как устроена Вселенная.

Новый ускоритель будет в три раза больше Большого адронного коллайдера — если его постройку одобрят: стоимость нового суперколлайдера оценивается в £12 млрд (около $15 млрд), причём это только первоначальная стоимость строительства. Критики проекта называют эти расходы “безрассудными”.

Эту сумму предоставят страны — члены Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), в том числе Великобритания. Некоторые эксперты сомневаются в том, что постройка суперколлайдера имеет экономический смысл.

Самым большим достижением Большого адронного коллайдера стало обнаружение в 2012 году новой частицы, названной бозоном Хиггса.

Ещё в 1964 году шотландский физик Питер ХИГГС предсказал существование частицы, придающей форму всем другим частицам во Вселенной. Бозон Хиггса — последнее недостающее звено в современной теории частиц, называемой Стандартной моделью.

Однако две главные проблемы современной физики — тёмная материя и тёмная энергия — по-прежнему ускользают от исследователей, и некоторые учёные полагают, что обнаружить их можно и более дешевым способом.

Новый ускоритель называется Future Circular Collider (“Будущий круговой коллайдер”, FCC). Генеральный директор ЦЕРН профессор Фабиола ДЖАНОТТИ сказала Би-би-си, что, если проект утвердят, это будет “прекрас­ная машина”.

- Это инструмент, который позволит человечеству сделать огромный шаг вперед в вопросах фундаментальной физики, касающихся наших знаний о Вселенной. А для этого нам нужен более мощный инструмент, — сказала она.

Большой адронный коллайдер расположен на границе Швейцарии и Франции недалеко от Женевы. Это подземный туннель диаметром 27 км, в котором атомные частицы разгоняются до околосветовых скоростей в обоих направлениях и затем сталкиваются с силой, недостижимой в других ускорителях.

Освобождающиеся в результате столкновений мелкие субатомные частицы помогают учёным понять, как устроены атомы и как частицы взаимодействуют друг с другом.

“Будущий круговой коллайдер” планируется строить в два этапа. Первый начнёт работать в середине 2040-х годов, он будет разгонять электроны до более высоких, чем получается сегодня, скоростей. Предположительно, увеличение энергии сталкивающихся частиц позволит получить большее число бозонов Хиггса, и учёные смогут изучить их свойства более детально.

Строительство второго этапа начнётся в 2070-х годах и потребует более мощных магнитов, которые ещё только предстоит изобрести и построить. Вместо электронов суперколлайдер будет разгонять более массивные протоны.

FCC будет почти в три раза больше первого коллайдера, его окружность составит 91 км. Его также собираются разместить на большей глубине, чтобы получающееся в процессе столкновений мощное излучение не достигало поверхности.

Новый коллайдер нужен учёным, потому что Большой коллайдер, строительство которого обошлось в £3,7 млрд (4,6 млрд) и который начал работать в 2008 году, до сих пор не сумел обнаружить частицы, объясняющие строение 95 процентов Вселенной в рамках Стандартной модели.

Тёмную энергию — силу, действующую в противовес гравитации и ответственную за расширение Вселенной, и тёмную материю, недоступную прямому наблюдению, но участвующую в гравитационных взаимодействиях, — по-прежнему не удалось обнаружить экспериментально.

По словам профессора Джанотти, FCC необходим, поскольку обнаружение частиц, ответственных за эти силы, приведет к созданию новой, более полной теории устройства Вселенной.

Многие исследователи в ЦЕРН предсказывали, что Большой коллайдер найдёт эти загадочные частицы. Но этого не произошло.

Критики проекта, однако, подчеркивают, что результаты работы суперколлайдера отнюдь не гарантированы.

Сами физики также пока не пришли к единому мнению о том, какой именно ускоритель им нужен. В частности, профессор Эйдан РОБСОН из университета Глазго сказал Би-би-си, что дешевле будет построить не круговой, а прямой коллайдер.

- Есть три основных преимущества. Во-первых, такой ускоритель можно построить в несколько этапов. Во-вторых, распределение затрат будет совсем другим, так что начальный этап обойдется дешевле, и, в-третьих, туннель короче, и это можно сделать быстрее, — считает он.

ЦЕРН, однако, пока отдает предпочтение FCC. Сейчас учёные ожидают ответа на своё предложение от 70 стран — членов проекта, которым придётся платить за новый ускоритель.

bbc.com