Ултра-големият адронен колайдер и кварковият фонтан на мегапроектите на Човечеството

Наталия Киня

Свръхголемият адронен колайдер може да бъде една от най-големите и сложни структури, които някога сме изграждали. За да реализират идеята за създаването му, специалистите ще трябва да разработят свръхпроводящи магнити, способни да създават по-силни полета от магнитите на Големия адронен колайдер. Тяхната мощност трябва да бъде около 20 Тесла - вместо 14 Тесла в LHC: тоест магнитната индукция в Суперголемия адронен колайдер ще бъде два пъти по-висока, отколкото в слънчевите петна. За постигането на такива показатели ще са необходими нови материали: например плочи от ниобий, метал със сребристо-бяло оксидно покритие, който в момента се добива само в Бразилия и Канада. Сега ниобиевите магнити се считат за главните претенденти за ролята на източници на магнитна индукция в супер големия адронен колайдер, но те са много скъпи. Освен това температурата им винаги трябва да е под -255 °C.

колайдер

В същото време експертите предупреждават, че гигантският колайдер ще бъде само още една стъпка към разбирането на мистериите на физиката на елементарните частици. Откриването на бозона на Хигс потвърди теорията, че някои частици имат маса поради факта, че взаимодействат с вездесъщото поле на Хигс, подобно на меласа или рохкав сняг. Но защо масата на „Божията частица“ е толкова голяма? Едно обяснение идва от теорията за суперсиметрията, която казва, че съществуващите частици имат двойки, по-тежки парчета материя. И все пак експериментите в LHC все още не са ни донесли никакви доказателства за тази теория. Може би, както е предвидено от физиците-теоретици, масите на „частиците близнаци“ са толкова големи, че не могат да бъдат открити в Големия адронен колайдер.В този случай наистина се нуждаем от гигантска инсталация за търсене. Междувременно учените могат само да се надяват, че увеличаването на мощността на LHC ще позволи през следващите 10 години да се намери потвърждение за съществуването на суперсиметрия и да се разбере какво точно се изисква от супер големия адронен колайдер.

кварковият

Майкъл Пескин

Плановете за изграждане на свръхголямо съоръжение са само един елемент от концепцията за еволюцията на ускорителите на частици през следващите 10 години. През 2015 г. мощността на Големия адронен колайдер трябва да достигне 13 TeV, а през 2022-23 г. той ще навлезе във фаза на висока светимост. Освен това има проект на Международния линеен колайдер - електронно-позитронно съоръжение за по-задълбочено изследване на бозона на Хигс и истинските кварки. В момента се обсъжда изграждането му в Япония. Планира се експериментите да започнат в края на 2020-те години.

Свръхголемият адронен колайдер засега е само изображение. Очертавайки го в нашия доклад, искахме да насърчим други специалисти да създават научни статии, така че през следващото десетилетие някой да направи конкретни предложения. Цената на колайдера трябва да бъде намалена многократно. За целта е необходимо да се разработи ново поколение магнити. Очаквам изграждането на съоръжението да започне в края на 2020 г., като първите експерименти са възможни през 2040 г.

Подобно на LHC, Ultra-Large Hadron Collider ще бъде световен проект. Вероятно неговото изграждане ще изисква по-балансиран подход към финансирането на проекта по отношение на разпределението на задълженията между регионите. Китай ще стане важен играч. България, надявам се, също ще бъде по-ангажирана в процеса на изпълнение на задачата. В края на краищата човечеството се нуждае само от един свръхголям колайдер. Място за изграждане на завода все ощене е избран. Зависи кои държави проявяват интерес към проекта. CERN очевидно ще се нуждае от още един мащабен проект след затварянето на LHC и затова именно CERN трябва да бъде основната фигура по отношение на реализацията на този план. В Съединените щати Националната ускорителна лаборатория на името на V.I. Енрико Ферми обаче днес американските власти са доста негативно настроени към перспективата за изграждане на завод на стойност 10 милиарда долара. Но отношението на правителството може да се промени, ако учените успеят да направят нови открития в LHC.

Големият адронен колайдер е построен за търсене на бозона на Хигс. След като го намерихме, Стандартният модел на физиката на елементарните частици може да се счита за завършен. Днес няма други частици, за които да имаме някаква теория или прогноза къде да ги намерим. Има обаче много явления във фундаменталната физика, които Стандартният модел не може да обясни. Например, той не съдържа частица от тъмната материя на Вселената. Моделът не обяснява защо кварките и лептоните имат толкова различни маси, а истинският кварк е 1000 пъти по-тежък от "горния" кварк. Знаем, че полето, свързано с бозона на Хигс, има ненулева стойност навсякъде във Вселената и че това е причината за увеличаването на масите на всички останали частици. Но ние не знаем защо полето на Хигс се държи толкова странно и Стандартният модел не може да ни даде представа.

Теоретичните модели на полеви ефекти, които не разбираме, се основават на предположението, че в света има частици 10 и дори 30 пъти по-тежки от W-бозон или истински кварк. Днес има много такива модели и във всеки различна нова частица играе ключова роля. Има много схемифундаментални промени в структурата на пространство-времето, когато концепциите за суперсиметрия, суперструни и нови измерения излизат на преден план. Не се съмнявам, че има много важни и вълнуващи открития, които можем да направим в колайдер с по-висока мощност. В съвсем близко бъдеще ще хвърлим всичките си усилия в търсенето на нови частици в Големия адронен колайдер. Вярвам, че откритията, които ще направи, ще ни покажат пътя напред.