Меж двух коллайдеров

Сейчас в физике частиц сложилась очень интересная ситуация. Многие ожидали, что после запуска Большого адронного коллайдера (БАК) будут открыты новые тяжёлые частицы. Однако этого не произошло, и, кроме знаменитого бозона Хиггса, других новых частиц не обнаружено. В то же время мы уверены, что они есть — на это указывает явление осцилляций нейтрино, а также астрофизические данные о так называемой тёмной материи.

Это означает, что либо они настолько тяжёлые, что энергии БАКа недостаточно, чтобы их родить, либо, напротив, новые частицы очень слабо взаимодействуют с обычным веществом (как нейтрино) и, грубо говоря, пролетают сквозь наши детекторы незамеченными. Во втором варианте они могут быть и достаточно лёгкими. С точки зрения эксперимента методы поиска этих двух типов частиц различаются — в первом случае надо строить ускорители на бóльшую, чем у БАК, энергию, а во втором — детекторы специального дизайна.

Оба этих сценария детально обсуждаются физиками во всем мире. В частности, эти вопросы были подняты в Гранаде, где под эгидой Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) прошёл открытый симпозиум, посвящённый обсуждению новой редакции Европейской стратегии по физике частиц (ESPP).

Это главный документ, определяющий приоритеты и основные направления развития данной области науки. Его подготовка происходит под патронатом Совета ЦЕРН в соответствии с утвержденным регламентом. Обсуждения на симпозиуме в Гранаде, в котором участвовало более 700 делегатов, лягут в основу следующей редакции, она будет утверждена Советом ЦЕРН в мае 2020 года.

Надо сказать, что хотя этот документ и не считается, так сказать, прямым руководством к действию для национальных агентств, финансирующих научные исследования, он играет очень важную роль как «дорожная карта», формулирующая согласованные научные приоритеты всего мирового сообщества физиков, изучающих фундаментальные свойства материи. Стратегия называется европейской, но, по сути дела, она носит общемировой характер. Это полезный ориентир для каждой страны или даже отдельной лаборатории в формировании программы своей собственной деятельности.

Лично я думаю, что только опыт сможет дать ответ на вопрос о том, какой из двух вариантов реализуется в природе. Поэтому особенно сложно выбрать один из них. Мне как лидеру нового эксперимента SHiP (Search for Hidden Particles) в ЦЕРН, направленного на поиски лёгких частиц, конечно, больше нравится второй вариант. Тем более что его можно проверить за восемь-десять лет, а постройка большого нового коллайдера (обсуждается кольцевой ускоритель Future Circular Collider (FCC) с туннелем длиной 100 км) займёт не одно десятилетие.

Ещё одно интересное наблюдение. Хорошо известно, что развитие фундаментальной науки приводит к возникновению новых технологий. Но есть и встречное движение — прогресс в технологиях открывает новые горизонты фундаментальных исследований. В нашей области это в первую очередь достижения в методах ускорения и детектирования частиц, а также анализа больших данных.

Сейчас это стало играть ключевую роль — новые физические задачи ставят беспрецедентные требования к ускорительным и детекторным материалам, методикам и технологиям. Например, для FCC необходимы сверхпроводящие магниты, способные поддерживать поле силой 16 Тесла (в магнитах БАК — 8 Тесла). Никто в мире сегодня не умеет производить такие магниты, и разработка этих технологий — одна из актуальных задач, над которой трудятся ведущие мировые центры.

Нет сомнений, что в процессе этой работы будет получено много результатов, полезных и для прикладных задач, в которых используются сильные магнитные поля, например для медицинской диагностики на магнитно-резонансных томографах. Именно поэтому достижения инжиниринговых исследовательских центров и прогресс в науках о материалах занимают сегодня в развитии физики частиц столь важное место — возможно, как никогда прежде.

Проект, который мы c 2017 года реализуем в НИТУ «МИСиС» совместно с ЦЕРН и рядом университетов-партнёров, посвящён как раз этому — разработке перспективных технологий, методик и материалов для поиска новых физических эффектов в экспериментах в ЦЕРН, а также в прикладных областях. Это новое направление приложения компетенций российской материаловедческой школы. И первые результаты дают все основания надеяться, что опыт такого сотрудничества будет успешным.

Источник: Известия