как в романах Дэна Брауна, а для диагностики тяжелых болезней или изучения тех изменений, которые происходят в мозгу человека при болезни Альцгеймера.
Однако нам всем нужно проявлять осмотрительность и помнить ответ физика Майкла Фарадея на вопрос британского министра финансов Уильяма Гладстона: “Ну а чему именно может послужить это ваше открытие? – Этого я не знаю, но очень вероятно, что вы скоро сможете обложить его налогом”.
Вызовы будущего: Япония и Китай
Открытие бозона Хиггса повлекло за собой страстную научную дискуссию, а также большие политические маневры в связи с новым поколением ускорителей, которые должны будут продолжить дело LHC. Следующим шагом (если повторять схему, сложившуюся после открытия W– и Z-бозонов) могло бы стать строительство большого ускорителя электронов. Подобно Большому электрон-позитронному коллайдеру (LEP), построенному для производства миллионов Z-бозонов и измерения всех их параметров с высокой точностью, новый коллайдер задумывается как машина, где столкновения электронов и позитронов производились бы с той же целью, но уже в отношении бозонов Хиггса. Настоящая фабрика по получению бозонов Хиггса миллионами и в идеальных экспериментальных условиях, чтобы с высокой точностью изучить все их свойства!
Еще в декабре 2011 года Япония выступила с идеей создания Международного линейного коллайдера (ILC), и с тех пор эта инициатива находится на рассмотрении, поскольку доказательство существования бозона Хиггса сделало ее очень привлекательной[54]. Сейчас, когда стала известна его масса, можно лучше просчитать реакции, в которых он появляется, и каналы, по которым идет его распад. Их можно будет использовать при проектировании электрон-протонных столкновений в ILC, где они устраиваются на линейных траекториях. Это ключевое решение: оно было принято во избежание проблем, связанных с электромагнитным излучением электронов на круговых траекториях. Два пучка – электронный и позитронный – разгоняются навстречу друг другу и сталкиваются в центре детектора.
Хотя идея сама по себе гениальна, есть целый ряд технических сложностей, ограничивающих некоторые его характеристики, прежде всего – светимость. В линейных ускорителях сгустки электронов и позитронов пересекаются только один раз, после чего частицы сбрасываются для повторного использования в новых сгустках. Хотя следующая инжекция происходит очень быстро, в секунду не удается производить более десяти-двадцати столкновений. В круговых ускорителях, напротив, частицы могут оставаться на орбитах часами, испытывая по сотни тысяч столкновений в секунду, пока не ослабнет интенсивность пучков и их не потребуется обновить. Таким образом, удается получать значительно большее число столкновений.
Чтобы скомпенсировать этот недостаток, в линейных ускорителях всемерно повышается плотность пучков: их фокусируют до предела, доводя размеры области взаимодействий до минимальных величин. Но отсюда возникают проблемы устойчивости, так как самое незначительное возмущение приводит к потере светимости. В ILC предлагается фокусировать электронный и позитронный пучки до пяти нанометров, что в тысячу раз меньше, чем в LEP; приведение во фронтальное столкновение двух настолько узких пучков создает беспрецедентные проблемы по управлению их положением.
Физическая программа ILC предусматривает столкновения с энергией в 500 ГэВ в центре масс частиц с дальнейшим доведением ее до 1000 ГэВ (1 ТэВ). Эти цели определяют длину ускорителя, так как есть теоретические ограничения на эффективность резонаторов, которые используются для разгона электронов и позитронов. На сегодня лучшая сверхпроводящая ускоряющая структура, производимая в промышленном масштабе, позволяет достигать ускорения в 24 ГэВ на километр. Для ILC ее усовершенствуют, доведя ускорение до 35 ГэВ на километр. И тогда, разгоняя пучки на протяжении 15 километров, вдоль которых располагаются тысячи ускоряющих структур, можно достичь предполагаемых 500 ГэВ. Весь ускоритель целиком, включая область, где пучки сталкиваются лоб в лоб, превращается в линейную структуру длиной в 31 км.
ILC – проект, в котором участвуют исследовательские группы всего мира. Япония выразила готовность разместить у себя новый ускоритель и предложила для него область на севере страны в горах Китаками. Это горный хребет, образованный преимущественно магматическими породами мелового периода; исключительно твердые, эти породы могли выдержать в прошлом катастрофические землетрясения – например, подземные толчки, повлекшие гибель атомной электростанции Фукусима, расположенной неподалеку, к югу отсюда.
Однако выбор столь сейсмически активного места – а подземные толчки тут практически непрерывны – для такой деликатной структуры, как ускоритель, вызывает изрядную озабоченность. Японцы, впрочем, совершенно уверены в себе, хотя многие ученые и опасаются, что в таких условиях может оказаться невозможным производить столкновения высокой интенсивности для пучков столь малого поперечного размера. Другая серьезная проблема связана с финансированием проекта: пока что ни одна страна (в том числе даже сама Япония) не выразила готовности взять на себя бремя расходов, а ведь для покрытия затрат требуется целых восемь миллиардов долларов. Короче говоря, судя по всему, строительство удастся начать не раньше 2019 года, а заработает ускоритель лишь в 2030‑м[55].
На эту инициативу очень быстро среагировал Китай, который сейчас перехватывает инициативу в физике высоких энергий. Он стал активно развивать собственные программы после того, как участились инциденты с соседней Японией, связанные со спорными островами Сенкаку/Дяоюйдао.
Сенкаку/Дяоюйдао – это группа небольших необитаемых островов в проливе между Японией, Тайванем и материковым Китаем, которая стала объектом яростных споров между этими тремя странами. В 2012 году тут произошла серия стычек, вследствие чего острова стали патрулироваться истребителями и бомбардировщиками; в городах Китая прошли многолюдные демонстрации, сопровождавшиеся уничтожением японских товаров. И если за несколько месяцев до этих событий авторитетные китайские ученые рассматривали возможность участия в проекте ILC, то позднее подобный замысел был отвергнут и Китай представил миру свои собственные планы на будущее.
Этот азиатский гигант предлагает амбициозный проект, осуществляемый в две стадии. Сначала – строительство 50‑километрового кольца, в котором разместится Круговой электрон-позитронный коллайдер (CEPC–Circular Electron-Positron Collider) на 240 ГэВ, затем – переустройство его в протонный ускоритель, способный производить столкновения с энергией до 50–90 ТэВ в системе центра масс (SPPC – Super Proton-Proton Collider).
Первая стадия позволяет провести подробные исследования бозона Хиггса. В целях уменьшения затрат для электронов и позитронов используется единое кольцо, что ограничивает максимальное количество сгустков, инжектируемых одновременно. Из-за этого нет возможности вывести на максимум светимость, и тем не менее она в два или три раза выше светимости линейного коллайдера, что делает CEPC весьма конкурентоспособным для такого типа исследований. С технологической точки зрения прорывы тут не требуются, речь идет лишь о некоторых улучшениях того, что было уже сделано для LEP, и об использовании существенных достижений последних лет в области ускорительных камер. Ускоритель может быть построен с нуля, и в качестве локации для него предлагается горный район Яньшань в 300 километрах от Пекина (вблизи городского округа Циньхуандао и недалеко от
