Что известно про «Будущий кольцевой коллайдер»
Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) работает над проектом «Будущего кольцевого коллайдера» (Future Circular Collider, FCC): на полную мощность его намерены запустить к 2070 году. Огромный ускоритель элементарных частиц, который придет на смену Большому адронному коллайдеру (Large Hadron Collider, LHC), предлагают построить в окрестностях Женевы. Но установка настолько масштабна, что займет и часть территории соседней Франции. FCC будет располагаться в тоннеле длиной около 100 км. Это более чем в 3 раза превышает размеры LHC.
Фото: Samuel Joseph Hertzog / CERN
Чем занимается ЦЕРН
Европейскую организацию по ядерным исследованиям создали после Второй мировой войны, с тех пор она остается мировым центром исследований в области физики элементарных частиц. Деятельность ЦЕРН финансируют 24 государства-члена, а также США, Япония и другие страны, заинтересованные в международном научном сотрудничестве. Ежегодный бюджет организации — порядка $1,7 млрд.
Флагманский проект ЦЕРН на сегодняшний день — Большой адронный коллайдер. Именно с его помощью в 2012 году ученые открыли бозон Хиггса, который в СМИ часто называют «частицей Бога». В современной теории физики она неделима и отвечает за механизм появления масс у ряда других элементарных частиц. Бозон Хиггса нельзя увидеть в микроскоп, поэтому для его обнаружения и построили коллайдер. Он разгоняет протоны почти до скорости света и сталкивает их друг с другом. В результате они распадаются на более мелкие элементы.
Впервые концепцию «Будущего кольцевого коллайдера» представили в 2019 году: над ней несколько лет работали 1,3 тыс. ученых из 150 учреждений со всего мира. Они предлагают возводить установку в два этапа. Так, к 2045 году (когда Большой адронный коллайдер завершит свою работу) на швейцарско-французской границе планируют создать электрон-позитронный коллайдер. У него есть и более простое название — «фабрика Хиггса». Там сотрудники ЦЕРН планируют изучать свойства бозона Хиггса, а также легких частиц (электронов и позитронов) в целом — в надежде обнаружить редкие явления, ускользнувшие от предыдущих поколений исследователей. В таком виде установка проработает 15–20 лет, а затем ее трансформируют непосредственно в «Будущий кольцевой коллайдер».
Зачем физикам новый коллайдер
Со времен обнаружения бозона Хиггса крупных открытий на базе Большого адронного коллайдера сделано не было. Поэтому сотрудники ЦЕРН начали работать над новой установкой. Согласно проекту организации, следующий коллайдер будет сталкивать протоны и тяжелые ионы с энергией до 100 тераэлектронвольт. Для сравнения: мощность Большого адронного коллайдера — 14 тераэлектронвольт. Чем больше столкновений произойдет, тем больше новых частиц родится и тем больше данных получат физики, объясняет Forbes.
Если проект будет одобрен, FCC станет самым мощным инструментом, когда-либо созданным для изучения законов природы на самом фундаментальном уровне и при самых высоких энергиях. Это позволит ответить на некоторые из нерешенных вопросов современной фундаментальной физики.
Фабиола Джианотти
генеральный директор ЦЕРН
Ученые предполагают, что FCC сможет производить десятки миллиардов бозонов Хиггса. Это сделает возможным точные исследования того, как частицы взаимодействуют друг с другом, какие у них свойства и масса. Так они смогут ответить на вопрос, грозит ли Вселенной молниеносная и необратимая гибель. Дело в том, что с бозоном Хиггса связана одна из теорий конца света: ряд ученых считают, что нарушение баланса между частицами может привести к так называемому «распаду ложного вакуума» — физическому явлению, способному уничтожить каждый атом во Вселенной.
Фото: Maximilien Brice / CERN
Кроме того, с помощью «Будущего кольцевого коллайдера» ученые надеются раскрыть «величайшие загадки физики», в том числе о природе темной материи и темной энергии. Из первой, как предполагается, Вселенная состоит примерно на 25%. Это материя, которая не вступает в электромагнитные взаимодействия, то есть не испускает свет. У астрономов нет карты распределения темной материи и точного понимания, как она повлияла на эволюцию космоса. Темная энергия и вовсе почти не изучена. Так называют силу, которая оказывает на галактики и планеты отрицательное давление и заставляет их отдаляться друг от друга. Большинство исследователей сходятся во мнении, что на нее приходится примерно 70% Вселенной.
Почему ученые критикуют проект «Будущего кольцевого коллайдера»
У FCC есть много критиков, пишет Nature: десятки исследователей говорят, что на реализацию проекта уйдет слишком много времени, при этом нет никаких доказательств, что «Будущий кольцевой коллайдер» поможет узнать что-то новое о темной материи и темной энергии. Еще один камень преткновения — стоимость FCC. По предварительным подсчетам, коллайдер обойдется минимум в $30 млрд.
Правда в том, что, скорее всего, такая машина просто обеспечит более точные измерения. Я не думаю, что общественная значимость достаточно высока, чтобы оправдать такие большие инвестиции. Я боюсь, что финансирование такого эксперимента приведет к тому, что множество умных людей будут тратить свое время на исследования, которые не приведут ни к какому прогрессу. У Большого адронного коллайдера было хорошее обоснование, у FCC его нет.
Сабина Хоссенфельдер
немецкий физик-теоретик, научный сотрудник Мюнхенского университета им. Людвига-Максимилиана
Большинство ученых, опрошенных Nature, считают неизбежным тот факт, что ЦЕРН примет решение в пользу строительства FCC — на фоне новостей о том, что над аналогичным устройством работают в Китае. В КНР строительство коллайдера со 100-километровым тоннелем планируют начать в 2027 году и потратить на него $5 млрд.
Фото: Sophia Elizabeth Bennett / CERN
В ЦЕРН же, как ожидается, к 2026 году только окончательно утвердят проект установки FCC. При этом до сих пор неясно, способны ли государства-члены ЦЕРН обеспечить такое финансирование. Например, в правительстве Германии уже заявили, что не планируют увеличивать свои взносы в деятельность организации. Крупные инвестиции в FCC могут обеспечить Франция и Швейцария, отмечает Nature, но в итоге все равно будет не хватать «нескольких миллиардов». И это самый негативный вариант развития событий, говорят эксперты: проект придется закрыть до его завершения, при этом деньги уже будут потрачены — в ущерб другим исследованиям.
Фото обложки: Maximilien Brice / CERN