«Коллайдер на драйве»: новый грандиозный проект ЦЕРН
Подготовка к строительству нового ускорителя элементарных частиц набирает обороты. Это будет грандиозный проект, с помощью которого ученые надеются приблизиться к ответам на некоторые фундаментальные вопросы физики. Однако на пути к его реализации еще остается множество проблем и препятствий, да и конкуренты тоже не сидят сложа руки.
В 2012 году учёные из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) совершили ключевой прорыв, обнаружив пресловутый и до той поры неуловимый бозон Хиггса — элементарную частицу, благодаря которой все в этом мире имеет массу. Данное открытие стало результатом десятилетий упорного труда, в том числе и с использованием таких уникальных инструментов научного познания, как знаменитый Большой адронный коллайдер (БАК), самый мощный на данный момент ускоритель, расположенный в Швейцарии к северу от Женевы.
Тем не менее многие фундаментальные вопросы бытия все еще остаются без ответа. Что представляет собой тёмная материя? Почему наша Вселенная вообще заполнена материей, иными словами, по какой причине после Большого взрыва частиц было образовано чуть больше, чем античастиц, притом что их количество должно было бы быть строго одинаково? Или почему массы элементарных частиц различаются столь сильно? И почему у каждой легкой частицы есть свой тяжелый «дублёр»?
Поиск ответов на эти и другие большие вопросы физики требует очередного «технического скачка». Ученые ЦЕРН убеждены в этом. Разумеется, следует понимать: познать все тайны квантового мира, функционирующего контринтуитивно и разрывающего все наши привычные мыслительные шаблоны, человечество никогда не сможет. Для этого нужны были бы ускорители размером с галактику, да и те, вероятно, были бы весьма ограничены в своих возможностях. Но все равно — разве это повод остановить процесс познания? Конечно, нет!
Поэтому сейчас в ЦЕРН планируется построить более мощный преемник БАК, задуманного еще в начале 1980-х годов. Завершить свою научную миссию он будет вынужден уже в 2040 году. «Мы строим такого рода машины и инструменты, с тем чтобы исследовать природу Вселенной. Речь идёт о том, чтобы отправиться в неизвестность и попытаться проникнуть в тайны нашего мира как можно глубже», — говорит Майк Ламон (Mike Lamont), директор ЦЕРН, курирующий сферу технологических инноваций, включая проект нового ускорителя.
Показать больше
На что будет похож коллайдер нового поколения
По его словам, планы по созданию так называемого Будущего кольцевого коллайдера (Future Circular Collider FCC)Внешняя ссылкаразрабатываются уже в течение последних десяти лет формировались Круговой тоннель длиной 91 километр будет в три раза длиннее нынешнего БАК, по планам он должен быть построен вокруг Женевы на территории Швейцарии и Франции, проходя и под Женевским озером. На поверхности планируется построить восемь научных центров — семь во Франции и один в Женеве. Первоначальная смета расходов: первый этап проекта обойдется в 11 млрд франков (12,7 млрд долларов), а в целом БКК будет стоить 21 млрд швейцарских франков. Ученые надеются разгонять и сталкивать друг с другом частицы, получая энергию столкновения в 100 тераэлектронвольт (ТэВ), что в семь раз больше того, на что способен нынешний БАК.
Проектная фаза
Официально проект Будущего кольцевого коллайдера пока ещё не утвержден, до начала его реализации еще пройдут годы. Тем не менее, по словам Майка Ламона, он уже сейчас вызывает у мирового научного сообщества огромный интерес. «Есть ощущение нарастающего драйва. Интерес к проекту проявляют многие влиятельные европейские игроки на всех уровнях. Они очень настойчиво продвигают проект». В настоящее время в его рамках уже сотрудничают около полутора сотен университетов, НИИ и представителей бизнеса. Весной 2023 года было начато составление технико-экономического обоснования БКК, документ должен быть готов уже в 2025 году.
«Мы переходим сейчас к проектно-исследовательской фазе», — объясняет Майкл Бенедикт (Michael Benedikt), руководитель рабочей группы по проведению полевых предварительных исследованийВнешняя ссылка, итоги которых должны будут лечь в основание процесса практической реализации проекта по созданию БКК. Его команда уже определила идеальную трассировку кольца коллайдера и нашла места для восьми научных центров на поверхности земли. На их базе будет располагаться техническая инфраструктура коллайдера и будут проводиться научные эксперименты. И уже сейчас в проект включено местное население. Швейцария — это страна прямой демократии и у народа есть в руках инструменты, которые позволят при желании поставить крест на таком амбициозном проекте.
«Многие думают, что это будет огромное сооружение, которое едва ли не затмит солнце, но в реальности оно в основном ведь будет находиться под землёй», — подчеркивает М. Ламон. На существующие объекты ЦЕРН недавно были приглашены мэры городов и представители муниципальных органов власти из регионов, под которыми должно будет пройти кольцо БКК. В сельских регионах Франции и Швейцарии проводятся, кроме того, экологические исследования с целью сбора данных о местной флоре и фауне. Необходимо ведь заранее понимать, как мегаускоритель способен повлиять на них. Затем, в следующем 2024 году, начнутся геолого-сейсмические буровые исследования. «Местное население хочет понимать, что мы делаем и почему мы это делаем. И пока мы не ощущали никакого серьезного сопротивления проекту», — говорит М. Ламон.
Огромные затраты? Гигантские масштабы?
Без критики все равно не обошлось. Против строительства БКК выступила местная гражданская ассоциация Noé21Внешняя ссылка, которая в октябре 2022 года выпустила по данной теме довольно критический доклад. В нём ставится под сомнение сам монументальный масштаб проекта, для строительства которого, по мнению ассоциации, потребуется вынуть и переместить девять миллионов кубометров грунта. Кроме того, БКК — это просто машина по пожиранию энергии, текущее энергопотребление ЦЕРНа утроится и достигнет четырёх тераватт-часов (ТВт·ч) в год, что, по утверждению авторов доклада, превосходит объем энергии, потребляемой в год всем общественным транспортом Швейцарии.
Критикуют проект и некоторые ученые-физики. Например, Сабина Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder), физик-теоретик из Франкфуртского института инновационных исследований (Frankfurt Institute for Advanced Studies FIAS) в Германии. Она сомневается не собственно в проекте, а в своем собственном финансировании, мол, этот грандиозный проект поглотит средства, которые могли бы быть использованы для других, менее абстрактных исследований в области физики. «Это огромные деньги, которые нам предлагается инвестировать только для того, чтобы более точно измерить, что делает кучка элементарных частиц, распадающихся после своего рождения в течение наносекунд», — утверждает она.
Внутри Большого адронного коллайдера (ускорителя элементарных частиц):
По ее мнению, «нет никаких оснований полагать, что такая машина поможет нам открыть что-то новое». Она утверждает, что эти деньги следует вложить в прикладные исследования, создав на них, например, Международный центр по прогнозированию климата или моделированию эпидемий. «Вливание такого количества денег в научную дисциплину, которая не имеет никакого отношения к потребностям общества, отвлекает от более важных исследований — фактически этот проект станет не прогрессом, а помехой на пути к прогрессу».
Втиснуть огромный ускоритель в маленький регион
План ЦЕРН по созданию коллайдера следующего поколения разделен на два этапа. На первом предлагается к середине 21 века построить туннель для ускорения и сталкивания субатомных частиц (элементарных частиц, которые согласно современным теориям не состоят из других частиц, и составных частиц, адронов, фермионов и т.д.), с целью получения максимально возможного количества бозонов Хиггса и более детального изучения их свойств. На этом этапе физики смогут «изучить бозон Хиггса до мозга его костей», — образно говорит М. Ламон.
Позже этот ускоритель будет демонтирован и заменен на ещё более мощную протон-протонную установку с энергией столкновения в 100 ТэВ. Она проработает уже всю вторую половину 21 века, при том, что многие необходимые для ее создания технологические решения еще не найдены, им предстоит стать предметом интенсивного научного поиска в ближайшие десятилетия. Огромными будут и инженерно-конструкторские проблемы, связанные со строительством ещё более крупного коллайдера в таком густонаселённом регионе Женевского озера.
«Прокладка туннеля под озером — это одна проблема. Другая — это мягкий известняк Юрских гор и возвышающейся над Женевой горы Мон-Салев», — говорит М. Ламон. Эта гора, напомним, позволяет подняться на высоту в 900 метров и посмотреть сверху на знаменитый женевский фонтан «Же-До». Вершина Мон-Салев расположена на территории Франции, но неофициально она считается «домашней горой Женевы».
План «Б» и китайская конкуренция
Давать ли проекту зеленый свет? Окончательное решение на этот счет будет принято странами-членами ЦЕРН, а это 22 европейских государства и Израиль, не раньше 2028 года. Если проект получит одобрение, то начать строительство можно было бы в 2038 году, а первая фаза реализации проекта началась бы не раньше 2048 года. Но на случай, если проект будет отвергнут, у ЦЕРН уже есть «план Б»: компактный линейный коллайдер (Compact Linear Collider CLIC) длиной от 11 до 50 километров, который, правда, в отличие от БКК, сможет одновременно фокусироваться только на одном физическом эксперименте.
На данном этапе ЦЕРН является всемирно признанным исследовательским лидером, особенно когда речь заходит о раскрытии самых потаенных тайм пространства, времени и материи. Но в ближайшие годы он скорее всего столкнётся с жёсткой конкуренцией: в 2018 году Китай озвучил свои планы по созданию собственного электронно-позитронного супер-коллайдера длиной 100 км.
Показать больше
Большой адронный коллайдер будет светить ярче
Начать проводить эксперименты он мог бы уже в 2030 году. «Я думаю, мы должны признать, что это для нас реальная опасность. Китайцы очень быстро учатся, и было бы очень неправильно недооценивать их возможности», — говорит М. Ламон. С другой стороны, такая здоровая конкуренция способна будет помочь как раз ускорить реализацию планов по созданию БКК / FCC «Этот план очень амбициозен. Но мы справимся. Так как мы точно знаем, чего хотим», — с нервным смешком резюмирует М. Ламон.
В соответствии со стандартами JTI
Показать больше: Сертификат по нормам JTI для портала SWI swissinfo.ch
Обзор текущих дебатов с нашими журналистами можно найти здесь. Пожалуйста, присоединяйтесь к нам!
Если вы хотите начать разговор на тему, поднятую в этой статье, или хотите сообщить о фактических ошибках, напишите нам по адресу russian@swissinfo.ch.