The Prime Russian Magazine

Ускорительный комплекс Европейского центра ядерных исследований (CERN) — важнейшая в мире площадка по изучению элементарных частиц. Там находятся шесть основных ускорителей, самый крупный из которых — хотя бы по названию знакомый почти всем Большой адронный коллайдер (БАК), запущенный всего несколько лет назад и обошедшийся в шесть миллиардов долларов. Тем не менее уже сейчас БАК закрыт на очередную модернизацию. Дело в том, что рождение новых частиц происходит в результате преобразования кинетической энергии сталкивающихся частиц. Чем больше масса частицы, которую необходимо получить в столкновении, тем больше должна быть эта энергия. В ближайшие планы по модификации коллайдера входит увеличение энергии разгоняемых в нем частиц с нынешних 8 ТэВ до 13 – 14 ТэВ (тераэлектронвольт; для сравнения, кинетическая энергия летящего комара равна приблизительно 1 ТэВ). Это, возможно, позволит открыть новые частицы и подтвердить или опровергнуть некоторые теории, описывающие принципы построения субмикромира, — но и на этом физики не собираются останавливаться. Возьмем, например, нашумевший бозон Хиггса. Хоть БАК и позволил зафиксировать его существование, он не дает возможности по‑настоящему подробно изучить его свойства. Поэтому CERN начал разрабатывать проект нового ускорителя TLEP (Triple Large Electron Positron Collider), оптимизированного конкретно под рождение и распад хиггсовских бозонов. Это будет электрон-позитронный коллайдер — то есть в нем должны разгоняться не протоны, как в БАК, а электроны. Таким же по принципу работы был ускоритель LEP, который работал до 2000 года в 27‑километровом туннеле нынешнего БАК и был демонтирован в связи с тем, что достиг максимального предела мощности. Проблема была в том, что стандартная теория не дает точного значения массы бозона Хиггса. В зависимости от параметров модели ожидалось, что она должна находиться между 0,13 и 0,18 ТэВ, или, при более слабых ограничениях параметров, — в диапазоне от 0,05 до 0,8 ТэВ. После экспериментального открытия бозона Хиггса с массой около 0,125 TэВ оказалось, что первоначальный LEP был на 10 – 15 % слабее, чем требовалось для образования этой частицы. В TLEP решено повысить суммарную энергию до величин порядка 0,2 ТэВ, что потребует увеличения диаметра кольцевого тоннеля ускорителя с 27 до 80 – 100 км — то есть это будет уже совершенно циклопическое сооружение. Несложно заметить, что по сравнению с БАК суммарная энергия все равно будет ниже. Но тут в игру вступает еще одна характеристика ускорительной техники — светимость. Чем она больше, тем чаще происходят столкновения частиц из встречных пучков. Светимость зависит от количества частиц в каждом пучке и от того, насколько хорошо пучок сфокусирован в точке столкновения. Максимальная светимость в БАК в пять раз ниже планируемой светимости TLEP, и эта разница позволит более чисто проводить эксперименты, а также увеличит вероятность обнаружения редких процессов.

Зачем же нужно и дальше изучать свойства бозона Хиггса? Все дело в том, что от того, как он рождается и распадается, какими еще обладает свойствами, зависит то, подтвердятся ли многолетние теоретические изыскания. Сейчас основная теория в физике элементарных частиц — так называемая Стандартная модель. Она подтверждается экспериментально, но имеет множество внешних параметров, а также не включает гравитацию. Другие же теории, например суперсимметрия, хорошо объясняют ряд явлений, не описываемых Стандартной моделью. Именно это делает их очень популярными среди физиков, однако ни одна из подобных теорий пока не была подтверждена экспериментально. Больше того: результаты последних экспериментов на БАК наложили на параметры модели суперсимметрии такие жесткие ограничения, что этому подтверждению, похоже, вовсе не суждено когда‑либо появиться. Тем не менее проведение новых экспериментов рано или поздно поставит точку в этой запутанной истории и позволит создать действительно «новую физику», проливающую свет на происхождение мира.

comments powered by Disqus