Книга Бытия. Общая история происхождения

Все понимают, что рано или поздно Стандартную модель надо будет подвергнуть переоценке. Вероятно, она войдет частным случаем в какую-то более общую теорию, способную предложить новое и более полное описание природы. Прелесть исследовательской работы заключается в том, что никто не знает, когда это может произойти. Каждый день мы можем ждать этого подарка – достаточно только, чтобы в анализе данных какого-то эксперимента вдруг показалось новое состояние материи; но, прежде чем это случится, могут пройти годы, могут понадобиться ускорители нового поколения.

Так что работы по проектированию научных инструментов будущего тоже не прекращаются. На разработку нового ускорителя и на ввод его в действие уходят десятилетия. Первые обсуждения Большого адронного коллайдера начались в середине 1980-х, а построили его только к 2008 году. Если думать об ускорителе, который мог бы начать работу в 2035–2040 годах, то уже пора начинать действовать. Не случайно в 2019 году в ЦЕРН опубликовали доклад, описывающий проект Кольцевого коллайдера будущего, пока больше знакомого по англоязычной аббревиатуре FCC (Future Circular Collider), он придет на смену Большому адронному коллайдеру.

FCC – это международная исследовательская группа, ставящая своей целью разработать проект, включающий необходимую инфраструктуру, и оценить стоимость ускорителя в сто километров, который будет построен усилиями ЦЕРН. Проект предусматривает на первой стадии, FCC-ee, создание условий для столкновений электронов с позитронами, после чего, на второй стадии FCC-hh, ускоритель будет переориентирован на столкновения протонов с протонами, то есть фактически будет повторена использованная ЦЕРН успешная схема переориентации электрон-позитронного ускорителя в адронный (то есть в Большой адронный коллайдер).

Проект родился в 2014 году и сразу получил мощную поддержку международного сообщества. В работе принимают участие тысяча триста физиков из ста пятидесяти университетов, исследовательских институтов и их партнеров из промышленности. Результатом проведенных исследований стал подробный доклад, заложивший основу новой европейской стратегии в области ускорителей элементарных частиц.

Решение о создании этой новой инфраструктуры должно быть принято в 2020 году[16]

. По самому реалистичному сценарию строительство FCC начнется в 2028 году, а в действие он будет приведен в 2040-м. Переход к следующей стадии будет сложнее и потребует дополнительных разработок для промышленного производства магнитов. Пуск FCC-hh ожидается в 2050–2060 годы.

Таким образом, сейчас принимаются ключевые решения, которым суждено определить рамки научных исследований на протяжении всего столетия.

С точки зрения научных исследований такая смена одного ускорителя другим оптимальна в далекой перспективе. Ее можно сравнить с обходом с флангов в военной стратегии – чтобы не дать новой физике, где бы она ни пряталась, уйти из окружения.

Электрон-позитронный ускоритель идеален для выполнения точных измерений параметров Стандартной модели. Предусматривается, что новый ускоритель будет работать сначала на энергиях до 90 ГэВ, чтобы производить огромные количества Z-бозонов, затем уровень энергии будет повышен до 160 ГэВ, чтобы рождались пары W-бозонов, а потом и до 240 ГэВ – уровня энергии, на котором будут рождаться миллионы хиггсовских бозонов и связанных с ними Z

-бозонов. В конце концов должен быть достигнут уровень в 365 ГэВ, обеспечивающий подходящие условия для рождения самого тяжелого из кварков, t-кварка.

Новые частицы, которые объяснят природу темной материи, или новые взаимодействия, которые прольют свет на скрытые размерности нашей Вселенной, могут быть обнаружены косвенным образом через самые точные измерения параметров Стандартной модели.

Но если и это будет недостаточно точно, в дело пойдет грубая сила. 100 ТэВ энергии FCC-hh позволят изучить диапазон энергий, которые в семь раз превосходят те, что доступны Большому адронному коллайдеру. Новое состояние материи с массой между несколькими ТэВ и несколькими десятками ТэВ может быть зарегистрировано напрямую; можно будет выяснить, элементарен ли бозон Хиггса, или у него есть внутренняя структура, и установить те подробности спонтанного нарушения симметрии электрослабых взаимодействий, которые объяснят избыток материи в нашем мире.

Стоимость проекта впечатляющая: девять миллиардов евро понадобится на строительство тоннеля и монтаж электрон-позитронной установки. Еще пятнадцать миллиардов пойдут на магниты для FCC-hh. Но если принять во внимание, насколько проект растянут во времени, и учесть тот факт, что взносы на его строительство будут поступать со всего мира, то кажется, что дело это вполне посильное. И нет сомнений, что FCC поможет Европе занять ведущее место в мировом состязании ускорителей будущего.