Результаты работы Большого адронного коллайдера и перспективы его «преемника» мы попросили оценить замдиректора Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ, научного координатора рабочей группы по сотрудничеству с ЦЕРНом Виктора Саврина.
— Виктор Иванович, зачем Большому адронному коллайдеру (БАК) сменщик? Он уже не справляется?
— Хочу сразу предупредить: Большой адронный коллайдер хоронить рано, он будет работать еще много лет. Есть планы по его модернизации, в частности по повышению светимости, важнейшей характеристики, позволяющей установить частоту столкновения частиц (чем больше светимость, тем чаще столкновения). Обсуждаются проекты, которые позволят поднять ее в десять раз! Что же касается планов по созданию новых ускорителей, то это далекая перспектива, учитывая их сложность. Думаю, тот же Будущий циклический коллайдер (БЦК) появится не раньше 2040 года…
— А откуда эта гигантомания? Согласно планам, радиус БЦК намного превысит радиус Большого адронного…
— Чем больше радиус, тем больше энергия. Когда пучок частиц движется по окружности, то есть по кривой, эти частицы начинают излучать так называемое синхротронное излучение и теряют энергию. Чем меньше кривизна, тем меньше и интенсивность излучения, а значит, меньше потери энергии и частицы можно разогнать сильнее. Отсюда задача: добиться, чтобы траектория искривлялась как можно более плавно. Так вот, если у БАКа длина туннеля сейчас 27 км, то у БЦК она будет 100 км. Все логично.
Но дело не только в длине туннелей. Другой важный момент — магниты, которые являются основной частью ускорителей. Есть два типа таких магнитов — квадропольные (они фокусируют пучок, то есть делают его более тонким, а значит, столкновения в таком случае становятся более интенсивными) и дипольные, которые отклоняют частицы, чтобы пучок двигался по окружности. Для Будущего циклического коллайдера нужны магниты с гораздо большей напряженностью поля, чем те, что есть сейчас. И специалисты пытаются понять: как эти магниты создать, каким должен быть диаметр окружности, чтобы потери энергии при движении частиц были минимальны… Словом, вопросов множество. Зато в случае успеха мы получим новые данные о строении материи.
— Объясните, пожалуйста, как именно ускорители помогают изучать материю?
— Ну смотрите: ускоритель — это, образно говоря, микроскоп. Допустим, существуют оптические микроскопы, в которых мы видим клетки. Клетки, как известно, состоят из молекул, молекулы — из атомов. Увидеть атомы можно уже только с помощью электронных микроскопов (когда вещество облучают электронами и таким образом получают информацию о том, из чего оно состоит). А вот ускорители вроде БАКа позволяют заглянуть еще глубже: увидеть, что атомы состоят из ядер и электронов, ядра — из протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны — из кварков. Но самое интересное: возможно, кварки тоже состоят из каких-то более «мелких» частиц. И так до бесконечности. По крайней мере, никто не доказал обратного!
А теперь вернемся к ускорителям: чем больше энергия у пучков частиц, которые сталкиваются в них, тем глубже мы можем проникнуть в структуру материи.
То есть без новейших ускорителей мы бы, к примеру, не открыли кварки. Но теперь надо двигаться еще глубже, смотреть, как эти кварки взаимодействуют друг с другом, состоят ли они из чего-то или это конечные элементы материи.
— Что конкретно удалось найти при помощи Большого адронного коллайдера? Все мы слышали про бозон Хиггса…
— Разумеется, речь не только о нем. На Большом адронном коллайдере проходит, напомню, четыре основных эксперимента. Установки ALICE и LHСb более узконаправлены. Допустим, на LHСb идет эксперимент по изучению б-физики, связанной с b-кварком. Сейчас известно шесть «ароматов» кварков, один из них — так называемый b-кварк. Чем важно его изучение? Ну, например, тем, что b-кварки образуются в результате распада частиц, однако такие распады так редки, что обнаружить их очень трудно,— этим они и интересны. Эксперимент LHCb также связан с изучением «нарушения CP-симметрии» — важнейшей научной загадки.
