Новый коллайдер может помочь обнаружить недостающие 95% Вселенной. Если на него найдут деньги

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 фунтов (около 15 млрд долларов), причем 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.

Еще 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.

Подпишитесь на нашу имейл-рассылку, и каждый вечер с понедельника по пятницу вы будете получать самые основные новости за день, а также контекст, который поможет вам разобраться в происходящем.

Однако две главных проблемы современной физики — темная материя и темная энергия — по-прежнему ускользают от исследователей, и некоторые ученые полагают, что обнаружить их можно и более дешёвым 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 ученым понять, как устроены атомы и как частицы взаимодействуют друг с другом.

FCC планируется строить в два этапа. Первый начнет 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 ученые смогут изучить их свойства более детально.

Строительство второго этапа начнется в 2070-х годах и потребует более мощных магнитов, которые еще 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 ученым, потому что Большой коллайдер, строительство которого обошлось в 3,7 млрд фунтов и который начал работать в 2008 году, до сих пор не сумел обнаружить частицы, объясняющие строение 95% Вселенной в рамках Стандартной модели.

Темную энергию — силу, действующую в противовес гравитации и ответственную за расширение Вселенной, и темную 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 найдет эти загадочные частицы. Но этого не произошло.

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

«Физика элементарных частиц — это крупная и хорошо финансируемая область исследований, которая по историческим причинам выросла из ядерной физики, и ей необходимо сократиться до разумных размеров, может быть, до десятой части от ее нынешнего размера», — говорит доктор Сабина Хоссенфельдер из Франкфуртского института перспективных исследований.

Бывший главный научный советник правительства Великобритании, профессор Дэвид Кинг сказал Би-би-си, что, по его мнению, тратить 12 млрд фунтов на проект было бы «безрассудно».

«Когда мир сталкивается с климатической угрозой, не разумнее ли направить эти средства на исследования, чтобы создать управляемое будущее?» — спрашивает он.

Сами физики также пока не пришли к единому мнению о том, какой именно ускоритель им нужен.

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 ученые ожидают ответа на свое предложение от 70 стран-членов проекта, которым придется платить за новый ускоритель.