Як зробити нові потужні колайдери і що на них відкриють
Якими будуть нові колайдери
Олександра Борисова (Варна)
Про те, якими будуть нові колайдери, які частки на них будуть вивчати і яке відношення до цього буде мати Україна, «Газеті.Ru» розповів фахівець з прискорювальних технологіями з CERN Еціо Тодескі.
Детальніше:
Це означає, що число зіткнень протонів, в яких ми шукаємо цікаві нам частки, стане на третину вище.
Так ми опрацюємо до кінця 2022 року, а потім зупинимося на 2,5 року, щоб кардинально поліпшити нашу машину. Цей коллайдер буде називатися HL-LHC - High Luminosity LHC, енергія зіткнень залишиться тією ж, а світність повинна збільшитися в 5-7 (можливо, 10) раз від номінальної. Що це означає? Значить, ми зможемо за рік збирати той же обсяг даних, що при поточних параметрах ми зберемо за п'ять років, і отримати в три рази краще дозвіл. Цей проект фінансується CERN і зараз вже знаходиться на завершальних стадіях планування і конструювання, і ми приступаємо до виробництва. Це горизонт, який ми бачимо для БАК.
- Чи думаєте ви про те, що прийде на зміну ВАК?
- Так звичайно! Головне, що слід сказати: наші майбутні плани будуть дуже сильно залежати від того, що ми виявимо на БАК. Причому принципово важливі відповіді ми, напевно, отримаємо вже в найближчий рік - побачимо ми нову фізику, що це будуть за частки. Це буде важливий період і з точки зору технологій - ми побачимо, наскільки ми сильні, чи зможемо ми досягти стабільної роботи з максимально можливими характеристиками такого гігантського і складного механізму.
Незважаючи на ці невизначеності, CERN вже приступила до опрацювання можливих сценаріїв роботи після закінчення проекту ВАК.
Тобто загальний план такий: зараз у нас є наш прилад, ми намагаємося домогтися від нього максимальної продуктивності в зборі даних. Через 10 років ми його частково розбудовуємо, світність збільшується так, що ми можемо отримувати в 10 разів більше даних. А через 20 років ми будуємо новий прилад.
Розташування 100-кілометрового майбутнього кільцевого коллайдера щодо 27-кілометрового Великого адронного коллайдера
- Що це буде за прискорювач?
Детальніше:
- В цілому зараз розглядаються три можливості. Перше - адронний коллайдер, де стикаються протони, як в БАК. Друге - лептонний коллайдер, як попередник БАК в його тунелі - LEP, коллайдер електронів і позитронів. І третя можливість, але вона, на мій погляд, менш цікава, - зіткнення адронів з лептонами. Зараз ми знаходимося на стадії мозкового штурму і не відмітаємо жодну з цих можливостей. Який саме прилад виявиться в новому великому тунелі - зараз йде мова про кільці довжиною 100 км на майданчику CERN, - покаже фізика.
Сьогодні можна говорити про те, що технологічно ми найбільш готові до будівництва електрон-позитронного коллайдера. Тобто готових рішень немає, це нетривіальне завдання, але є розуміння, як в реалістичні терміни розробити потрібні технології.
Для адронного коллайдера нам належить дійсно штовхати вперед технології у великій кількості аспектів, це серйозний виклик. Саме тому ми вже зараз починаємо дослідження для розробки технологій, потрібних для створення такого приладу.
- У чому полягають основні складності?
- Невеликий парадокс полягає в тому, що прискорювач на 99% складається з магнітів, які не прискорюють частинки, і тільки 1% - безпосередньо прискорюють. Велика частина магнітів виробляють електромагнітне поле, изгибающее траєкторію частинки так, щоб вона утримувалася в кільцевому прискорювачі.
Залежність між енергією і радіусом кривизни лінійна, тому якщо ви хочете збільшити енергію, доведеться посилити і магнітне поле, інакше просто не вийде утримати частинки на цій траєкторії. Це як якщо ви повертаєте з шосе: не можна їхати надто швидко, інакше ви вилетите з дороги. Тобто при зростанні енергії потрібно синхронно збільшувати магнітне поле (тому ці прилади називають синхротронами).
Зараз на БАК ми працюємо з магнітним полем в 8 тесла - це на кілька порядків більше величини магнітного поля Землі. Якщо ми хочемо збільшити енергію зіткнень, ми повинні або побудувати сильно більший тунель (тоді радіус кривизни побільшає), або збільшити магнітне поле. План на майбутній кільцевої коллайдер (програма FCC - Future Circular Collider) - збільшити енергію в сім разів, в два рази забезпечити збільшення магнітного поля - з 8 до 16 тесла і ще в три з половиною рази збільшити довжину тунелю - з 27 до 100 км.
16 тесла - це верхня межа того надпровідного матеріалу, який ми зараз вивчаємо, - станід трініобія, Nb3 Sn. Це один з перших знайдених людьми надпровідників (він був відкритий в 1954 році), але використання його набагато складніше і дорожче, ніж титаната ніобію NbTi, який використовується на БАК. Nb3 Sn до теперішнього часу використовувався в ЯМР, але не в прискорювачах. Магніти прискорювачів набагато складніше, і нам належить ці технології розробити.
Детальніше:
- Кілька років тому активно обговорювався проект Міжнародного лінійного коллайдера. Який його статус зараз?
- Так, це правда, кілька років тому обговорення навколо цього проекту велися більш активно - на розміщення його претендували і CERN, і Дубна, і майданчик в Японії. Але зараз в якості флагманського проекту світова спільнота схиляється до кільцевому прискорювача. Проте ILC - International Linear Collider - все ще може бути побудований, якщо в цьому буде зацікавлена Японія як країна-господиня, хоча і інші країни можуть внести вклад.
- Коли буде прийнято рішення про те, яким буде майбутній коллайдер?