Теорія всього. Навіщо науці новий Великий колайдер

Європейська організація з ядерних досліджень у Женеві представила концепцію Майбутнього циклічного колайдера в чотирьох томах. Вартість прискорювача зі 100-кілометровим тунелем вчені оцінюють у 25 мільярдів євро.

 

У CERN кажуть, що цей колайдер стане дуже потужною "хіггсівською фабрикою" і допоможе розібратися в історії формування нашого Всесвіту. Корреспондент.net розповідає подробиці.

 

Майбутній коллайдер

 

Про плани зі створення Майбутнього циклічного колайдера, який має замінити дієвий уже 10 років Великий адронний колайдер (ВАК), відомо з 2014 року.

 

Сучасна фізика базується на загальній теорії відносності, яка пояснює події в макровсесвіті, і на квантовій механіці, що пояснює світ елементарних частинок.

 

Об'єднати їх і створити "загальну теорію всього" фізики намагаються не перший рік. Передбачається, що новий, більш потужний прискорювач може виявити необхідні для цього нові частинки, чого не вдалося досягти на ВАКу.

 

15 січня 2019 року новий мегапроект знайшов видимі обриси: на сайті CERN - головної світової лабораторії фізики елементарних частинок - опубліковано чотиритомну доповідь про будову і сплановане дослідження прискорювача.

 

CERN пропонує побудувати в околицях Женеви 100-кілометровий круговий тунель, який дозволить у багато разів збільшити енергію частинок і значно розширити можливості досліджень.

 

У роботі над його концепцією взяли участь 1,3 тисячі експертів зі 150 університетів, наукових інститутів та інших організацій з усього світу.

 

 

У першому томі вчені розповідають про відкриті питання сучасної фізики частинок і розглядають можливі відкриття, які допоможе зробити Майбутній циклічний коллайдер:

У другому томі фізики докладно описується будова і характеристики електрон-позитронного колайдера, який планують побудувати до 2040-х років.

 

Передбачається, що енергія зіткнень у системі центру мас становитиме від 90 до 365 ґіґаелектронвольт, а засвітлюваність колайдера перевищить 1036 обертальних квадратних сантиметрів на секунду.

 

Він пропрацює 15-20 років і стане дуже потужною "хіггсівською фабрикою" і дозволить зафіксувати "нові, рідкісні процеси і виміряти відомі частинки з безпрецедентною точністю".

 

У третьому томі розглядається можливість модифікації колайдера для зіткнень протон-протонних пучків. У цьому випадку енергія зіткнень досягне 100 тераелектронвольт, а засвітлюваність - 1035 обертальних квадратних сантиметрів на секунду.

 

Його використовуватимуть для зіткнення протонів і важких іонів. Досягнення такої енергії (у сім разів більше, ніж у ВАК) зробить можливими "точні дослідження того, як частинки Хіггса взаємодіють між собою", і "докладне дослідження ролі спонтанного порушення електрослабкої симетрії в історії нашого Всесвіту".

 

Проект розрахований на 70 років і, як вважають у CERN, працюватиме на користь фізики елементарних частинок протягом усього 21-го століття.

 

У Китаю схожий проект

 

У Китаї в листопаді минулого року група вчених, які працюють над проектом колайдера CEPC (Circular Electron Positron Collider), оприлюднила документ про технічні деталі його пристрою і сплановані експерименти. Теоретичний етап зайняв у вчених близько 6 років.

 

Циклічний електронно-позитронний колайдер КНР розганятиме пучки електронів і позитронів до енергій близько 240 ґіґаелектронвольт.

 

Карта китайського колайдера

 

Кожен з пучків розганятиметься на лінійному прискорювачі до енергій близько 10 ґіґаелектронвольт, а потім буде направлятися в одне з двох кілець, змонтованих у круговому тунелі довжиною близько 100 кілометрів. За зіткненнями частинок і народженням бозона Хіггса спостерігатимуть два великих детектори.

 

Також планується будівництво протон-протонного прискорювача SppC, який продовжуватиме збирати статистику після завершення основної програми.

 

Досягнення Великого адронного колайдера

 

У 1949 році французький фізик, лауреат Нобелівської премії Луї де Бройль запропонував створити європейську лабораторію, яка займатиметься фундаментальними дослідженнями, що виходять за рамки державних програм.

 

Через п'ять років - 29 вересня 1954 року - 12 країн (Бельгія, Данія, Німеччина, Франція, Греція, Італія, Норвегія, Швеція, Швейцарія, Нідерланди, Великобританія і Югославія) підписали договір про заснування CERN. Потім приєдналися Австрія, Болгарія, Угорщина, Іспанія, Польща, Португалія, Словаччина, Фінляндія, Чехія та Ізраїль, а Югославія вийшла.

 

Вчені CERN працюють над вирішенням загадки про зародження Всесвіту, склад матерії, намагаються зрозуміти, як елементарні частинки набувають маси і взаємодіють між собою, а також шукають відповіді на інші, не менш важливі питання світобудови.

 

У Європейській організації з ядерних досліджень зараз знаходиться найбільший і найскладніший у світі науковий інструмент - прискорювальний комплекс для розгону елементарних частинок під назвою Великий адронний колайдер, побудований у 2008 році.

 

 

Стандартна модель - це теорія взаємодії субатомних частинок, над якою фізики працювали більшу частину минулого століття. Вона несуперечливо описує багато з тих, що відбуваються у світі, процесів, однак не пояснює природу гравітації.

 

У 2012 році на Великому адронному колайдері була відкрита частинка бозон Хіггса, передбачена ним у 1964 році. Вона визначає походження такого фізичного поняття, як маса.

 

Маса показує, скільки речовини містить будь-який об'єкт: це частка, молекула чи цілий організм. При відсутності маси всі елементарні частинки, що формують атоми, рухалися б зі швидкістю світла і не були б здатні сформувати матерію у Всесвіті.

 

Відповідно до теорії Хіггса, Всесвіт пронизує якесь поле, яке і дозволяє частинкам набути масу. Здогадувано, що взаємодія зі з'явлюваними в цьому полі бозонами Хіггса й наділяє рухомі елементи масою. Цей процес можна порівняти зі сніговим полем, по якому не виходить швидко йти, оскільки сніг налипає на черевики і заважає йти.

 

Доктор Фредерік Бордрі, директор CERN з прискорювачів і технологій, відповідаючи на критику дорожнечі Майбутнього колайдера, каже, що це розумна ціна для такого передового проекту.

 

"Коли мене запитують, що дасть людям бозон Хіггса, я відповідаю: "Бозоніку". Що це таке, я не знаю. Але згадайте, що коли в 1897 році Томсон відкрив електрон, він теж не знав, що таке електроніка. Але уявити сучасний світ без неї неможливо", - сказав він.

 

Новини від Корреспондент.net у Telegram. Підписуйтесь на наш канал https://t.me/korrespondentnet.