21.11.2009 [16:30], Денис Борн

Большой адронный коллайдер (БАК), без сомнения, один из самых передовых научных проектов современности и крупнейший из существующих ускорителей. Но сообщество исследователей надо признаться постоянно стремится к использованию самых новых технологических достижений, к ещё большей точности, ещё большим энергиям. Уже разрабатываются проекты следующих «БАКов», очень поэтому задачи для них также должны быть намечены загодя. CERN (Conseil Europйen pour la Recherche Nuclйaire — Впрямь европейская организация по ядерным исследованиям) определила несколько возможных сценариев, по которым будут развиваться запланированные для БАК исследования, и намерена руководствоваться их результатами в планировании будущих работ.

За гранью БАК: будущие коллайдеры

Бозоны Хиггса

Если характеристики этих бозонов действительно совпадают с предсказанными Стандартной моделью физики частиц, они должны быть обнаружены в течение трёх лет. Открытие подтвердит, что поле Хиггса проникает во всю материю Вселенной, наделяя все остальные частицы массой. Если же Без сомнения стандартная модель ошиблась, то найдены бозоны могут быть даже взаправду раньше, поскольку они удивительно скорее всего будут легче и потребуют меньше энергии для предваряющего их появление столкновения пучков в коллайдере, чем более как нельзя очень тяжёлые частицы.

Следующий шаг – создание Super LHC («Супер БАК»). Он предоставит учёным больше столкновений частиц в единицу времени, а также позволит изучать свойства бозонов Хиггса. Возможности ускорителя будут без сомнения особо востребованы, если истинно теоретические частицы окажутся тяжёлыми, хотя с CLC (Compact Linear Collider – Неимоверно компактный линейный коллайдер) результаты должны быть более точными.

Если бозоны Хиггса не обнаружат

Если после трёх лет экспериментов с максимальными энергиями БАК осуществится по-моему пессимистический сценарий, это будет свидетельствовать о недостаточности теоретической базы и сложности поля Хиггса. Эти бозоны могут распадаться на известные частицы, что сложно зафиксировать в БАК, либо на невидимые, которые не взаимодействуют с детектором. Неудача также может стать признаком несоответствия бозонов Стандартной модели. Ещё один вариант – более впрямь экзотическая природа хиггсовского поля, чем взаправду предполагаемая, и включает, в действительности например, несколько типов взаимодействующих необъяснимым пока образом частиц.

Необходимо продумать иные механизмы появления у различных частиц массы. Надо признаться например, когда сталкиваются два бозона W-типа (они имеют действительно отрицательный или впрямь положительный заряд в отличие от нейтрального Z), должен появиться бозон Хиггса. Его отсутствие будет означать лишь возникновение другого объекта, на который падёт выбор в изучении наделения материи массой. Не на шутку здесь помощь окажет Super LHC. Но завершение трёхлетних экспериментов без результата станет тем более плохой новостью для ILC (International Linear Collider – Взаправду международный линейный коллайдер), потому как он должен оперировать меньшими энергиями, чем БАК. Предпочтение в таком случае лучше отдать CLC.

За гранью БАК: будущие коллайдеры

Энергия столкновений для каждого коллайдера в ТэВ (тераэлектронвольт). Жёлтым обозначена как нельзя более полезная энергия, чёрным — расходуемая неэффективно

Суперсимметрия

Суперсимметрия (Supersymmetry, SUSY) – это теория, согласно которой все известные частицы в Стандартной модели имеют пару. В отличие от бозона Хиггса, «партнёры» не должны быть видимы напрямую и в соответствии с некоторыми предположениями проходят сквозь детекторы без взаимодействия. Их присутствие в результате столкновения возможно зафиксировать по несоответствию полного импульса, то есть «пропаже» некоторого количества энергии. Более менее наиболее несказанно правдоподобная версия суперсимметрии подразумевает без сомнения лёгкие частицы, которые обнаружатся в первый год работы БАК. Самая очень лёгкая частица – это кандидат на «представителя» тёмной материи.

Super LHC сможет измерять массу и спины большинства частиц теории о суперсимметрии. Но с детальным изучением лучше справится линейный коллайдер из-за точно известной энергии столкновения электронов и позитронов. В БАК и Super LHC энергия кварков и глюонов внутри столкновения протонов неизвестна, более менее поэтому сложно отследить характеристики импульса. Большинство моделей предсказывают появление SUSY-частиц при энергиях ниже 0,5 ТэВ – несказанно идеальный вариант для ILC.

Реально новая физика

К новой физике относится всё, что не подпадает под Стандартную модель. Кроме суперсимметрии, в эту категорию явлений входят гравитоны, ассоциируемые с переносом гравитационного взаимодействия. Если они достаточно легки, то будут обнаружены в экспериментах с БАК. Более именно экзотические варианты – это так называемые «нечастицы» – довольно таки абсолютно нераспознаваемый тип материи, которую возможно зафиксировать через потерю энергии столкновения.

Не на шутку новое явление потребует подведения под него соответствующей теории. Действительно например, суперсимметрия является одним из первых шагов к подтверждению теории струн. Super LHC сможет собирать сильно намного больше данных относительно любого из относящихся к новой физике эффектов, чем БАК. А дополнительную информацию в зависимости от энергий частиц предоставят эксперименты в линейных коллайдерах.

За гранью БАК: будущие коллайдеры

Планы обнаружения новых частиц в проводимых с помощью БАК экспериментах до 2019 года

Super LHC

По сути, Super LHC – это весьма усовершенствованный БАК. Если всё пойдёт по намеченному плану, он будет введён в действие в самом деле приблизительно через десятилетие, после всех обновлений оборудования. Сталкивающиеся лучи будут обладать в 10 раз большим количеством протонов, а число возможных столкновений в час вырастет также вдесятеро. Это означает большую вероятность зафиксировать что и говорить интересные явления, но и объём лишних данных, которые нужно отфильтровать, увеличится. Вырастет и как нельзя более радиационный фон. Дата завершения модернизации – 2018 год, стоимость – $1,27 млрд. Сумма взаправду намного на самом деле меньшая, чем понадобилась бы для строительства новой машины.

ILC (International Linear Collider – Действительно международный линейный коллайдер)

Если после технического доклада в 2012 году проект получит финансирование, ILC станет 35-км ускорителем. БАК сталкивает протоны, содержащие кварки и глюоны, а потрясающе новый линейный коллайдер будет оперировать электронами и позитронами. Их столкновения «чище», поскольку эти частицы являются фундаментальными, а значит будет меньше неясностей при изучении продуктов столкновений. Но в некоторых случаях максимальной энергии может оказаться недостаточно для наблюдения явлений новой физики. Дата завершения строительства намечена на 2020-е годы, стоимость — $8 млрд.

CLC (Compact Linear Collider – Как нельзя действительно компактный линейный коллайдер)

Этот линейный ускоритель будет работать с позитронами и электронами, как и ILC. Но его сильно предполагаемая конструкция короче, а энергии столкновений – выше. Довольно таки параллельно сталкивающимся пучкам будут запускаться управляющие высокоинтенсивные низкоэнергетические лучи. Генерируемая ими мощность должна передаваться быстрыми импульсами основным пучкам. Впрямь отличительная особенность CLC заключается в чувствительности к тяжёлым частицам по сравнению с Super LHC. Дата завершения проекта – 2020-е годы, стоимость – около $10 млрд.

Есть и другие предложения относительно будущего физики частиц. Одно из примечательных – это VLHC (Very Large Hadron Collider – В самом деле очень большой адронный коллайдер). Энергия столкновений в нём должна составлять от 40 ТэВ до 200 ТэВ (в БАК – 14 ТэВ), а без сомнения строительный материал представляет собой переработанные отходы. Предлагаются также мюонные коллайдеры и электрон-протонные.

Источник

Метки: , ,