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 (БАК) — это ускоритель заряженных частиц, в котором пучки движутся навстречу друг другу. Он предназначен для разгона протонов и тяжелых ионов, а также для исследования продуктов их столкновений. Для воссоздания условий, существовавших в первые доли секунды после Большого взрыва, ученые сталкивают протоны и другие субатомные частицы на скоростях, близких к скорости света.
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 Хиггса, неделимую частицу, отвечающую за механизм возникновения массы у некоторых других элементарных частиц, предсказал британский физик шестьдесят лет назад 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.
Несмотря на открытие бозона, ученые, занимающиеся исследованиями на Большом адронном коллайдере, столкнулись с трудностями. За четырнадцать лет работы не было получено существенных научных достижений. Такие загадки Вселенной, как природа темной материи и темной энергии, антигравитация и дополнительные измерения, остаются нерешенными.
В 2019 году ЦЕРН задумала строительство нового ускорителя частиц под названием «Будущий кольцевой коллайдер» ( Future Circular Collider).
Строительство установки, бюджет которой составляет 20 миллиардов евро, планируется осуществить под землей, на глубине около 200 метров, в районе, расположенном между Предальпами и Юрскими горами, на границе северо-западной Швейцарии и восточной Франции. Новый коллайдер будет включать в себя 91-километровый кольцевой туннель, в котором ученые смогут проводить столкновения протонов с общей энергией, достигающей 100 тераэлектронвольт. В настоящее время на Большом адронном коллайдере столкновения протонов осуществляются при максимальной суммарной энергии в 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.
На встрече совета ЦЕРН, прошедшей 2 февраля, было вынесено на обсуждение 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 план будет одобрен, новый коллайдер станет самым производительным инструментом для исследования микромира, созданным человеком. Благодаря ему ученые смогут изучать фундаментальные законы природы на микроскопическом уровне и при экстремально высоких энергиях. Этот проект позволит решить множество задач в области фундаментальной физики и углубит наше представление о Вселенной, — так пояснила Фабиола Джанотти (Fabiola Gianotti), генеральный директор ЦЕРН.
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».
«По словам Хоссенфельдера, вероятно, новый коллайдер будет лишь точнее определять значения некоторых фундаментальных констант Стандартной модели. В случае одобрения финансирования проекта, множество талантливых специалистов тратят свое время на исследования, не способствующие развитию науки. Хоссенфельдер считает, что физика элементарных частиц исчерпала себя, и настало время сосредоточиться на квантовой физике.
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.