Новый ускоритель частиц стоимостью в 20 миллиардов евро подвергся критике со стороны физиков

Новости МирТесен

Европейская организация по ядерным исследованиям представила планы по созданию адронного коллайдера нового поколения. Он будет в три раза превышать размеры существующего ускорителя заряженных частиц и обладать в семь раз большей мощностью. Однако, в научном сообществе этот проект вызвал скептические оценки.

В 2008 году на границе Франции и Швейцарии Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) начала эксплуатацию крупнейшего в мире совместного экспериментального комплекса — Большой адронный коллайдер(Большой адронный коллайдер). Это устройство для ускорения заряженных частиц, работающее по принципу встречных пучков, и предназначенное для разгона протонов и тяжелых ионов, а также изучения результатов их столкновений. Исследователи сталкивают частицы, включая протоны, со скоростью, приближающейся к скорости света, чтобы смоделировать условия, существовавшие в первые моменты после Большого взрыва.

Внутри кольцевого туннеля длиной 27 километров, проложенного на глубине 100 метров под землей, происходят процессы разгона и столкновения частиц.

В 2012 году физики, работающие на Большом адронном коллайдере, совершили важное открытие — выявили бозон Хиггсабозоном, фундаментальной частицей, играющей ключевую роль в механизме возникновения массы у некоторых других элементарных частиц. Около шестидесяти лет назад ее существование предсказал британский ученый Питер Хиггс (Peter Higgs).

Хиггс, наряду с другими учеными, выдвинул гипотезу о существовании в природе особого поля, которое при взаимодействии с частицами наделяет их массой. Это поле впоследствии получило название в его честь, а сам процесс приобретения массы стал известен как хиггсовский механизм. Для понимания принципов работы этого процесса необходимо измерить характеристики хиггсовского бозона. Без обнаружения бозона изучение этого поля не представляется возможным. Определение свойств неделимой частицы и ее понимание стали приоритетной задачей для большого количества исследователей.

Тем не менее, после подтверждения существования бозона физики, использующие Большой адронный коллайдер, столкнулись с трудностями. За прошедшие 14 лет исследований не было получено существенных научных прорывов. Фундаментальные вопросы о природе темной материи и темной энергии, антигравитации, а также гипотетических дополнительных измерениях — продолжают оставаться без ответа.

В 2019 году ЦЕРН задумала строительствонамечается строительство новой установки для ускорения частиц, получившей название «Будущий кольцевой коллайдер» ( Future Circular Collider).

Проект стоимостью в 20 миллиардов евро предполагает размещение оборудования под землей на глубине около 200 метров, между Предальпами и горным массивом Юра, в приграничной зоне Швейцарии и Франции. Предполагается, что новый коллайдер будет представлять собой кольцевой туннель длиной 91 километр, где ученые смогут проводить столкновения протонов с общей энергией в 100 тераэлектронвольт. На сегодняшний день на Большом адронном коллайдере максимальная энергия сталкиваемых протонов составляет 14 тераэлектронвольт.

Новый ускоритель позволит физикам добиться значительного прогресса в изучении темной материи и темной энергии, которые предсказываются теоретическими моделями, но пока не подтверждены экспериментально, а также в исследовании новых физических явлений и энергий, выходящих за пределы Стандартной модели.

Будущего кольцевого коллайдера позволит проводить детальное изучение свойств фундаментальных частиц, таких как Z- и W-бозоны, Хиггс-бозоны и поле Хиггса, а также топ-кварков, что недоступно на Большом адронном коллайдере. Анализ сечения рождения и интенсивности взаимодействия топ-кварков с другими частицами позволит проверить предсказания Стандартной модели и выявить потенциальные отклонения от нее.

В ходе заседания совета Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), состоявшегося 2 февраля, был вынесен на рассмотрение вынесли план строительства новой установки и бюджет. Если план утвердят, организация запросит финансирование у стран-участниц в течение следующих пяти лет. В ЦЕРНе надеются, что ускоритель частиц появится в Европе в начале 2040-х годов, по окончании программы Большого адронного коллайдера.

«Если предложенный план будет одобрен, новый коллайдер станет наиболее совершенным «микроскопом», когда-либо созданным человеком, — заявила Фабиола Джанотти (Fabiola Gianotti), генеральный директор Европейской организации по ядерным исследованиям. – Благодаря ему появится возможность исследовать фундаментальные законы природы на микроскопическом уровне и при экстремально высоких энергиях. Эта установка позволит решить ряд ключевых задач в области фундаментальной физики и расширит наше представление о структуре Вселенной».

Несмотря на это, многие ученые относятся к проекту Европейской организации по ядерным исследованиям с осторожностью. Так, немецкий физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер, работающая во Франкфуртском институте перспективных исследований, полагает, что заявления о том, что новая установка позволит раскрыть секреты темной материи и темной энергии, являются необоснованными».

«Следует признать, что наиболее вероятный сценарий развития событий предполагает улучшение точности измерений некоторых фундаментальных констант Стандартной модели — и не более того. Если проект все же получит финансирование, то немало талантливых специалистов потратят свое время на исследования, которые не приведут к значительным научным прорывам. Считается, что физика элементарных частиц исчерпала свой потенциал, и пришло время переориентироваться на квантовую физику», — заявила Хоссенфельдер, выразив критическое отношение к планам ЦЕРН по созданию нового коллайдера.

Чтобы лучше понять скептицизм Хоссенфельдер, следует вспомнить: ранее в своем научно-популярном блоге физик высказывала мнение, что темная материя не может быть представлена частицами (хотя коллайдер потенциально может ее обнаружить, если она состоит из частиц). Если бы это было так, то частицы должны были бы испытывать столкновения, замедляющие их движение, однако столкновения галактик и скоплений галактик в нашей Вселенной происходят так, будто никакого замедления из-за столкновений частиц темной материи не происходит. Naked Science уже писал о том, что наиболее вероятный кандидат в темную материю действительно не состоит из частиц.

Экс-главный научный советник правительства Великобритании, сэр Дэвид Кинг, считает безответственным выделение значительных средств на теоретические исследования в условиях надвигающегося климатического кризиса. Он полагает, что приоритет следует отдавать финансированию исследований, направленных на изучение климата, а также разработке мер по смягчению последствий глобального потепления.

В настоящее время эксперты ЦЕРНа изучают возможность возведения Будущего кольцевого коллайдера, используя современные технологии. Результаты оценки комиссии будут представлены в 2025 году, а в 2028-м совет вынесет окончательное решение о строительстве преемника Большого адронного коллайдера.