Коллайдеры будущего
20.04.2011
Источник: Наука и жизнь
Перспективы физики элементарных частиц
Чуть больше года назад в CERN был запущен Большой адронный коллайдер. Сейчас он успешно работает, и можно смело утверждать, что впереди время больших открытий. Годы понадобятся для сбора и анализа огромного количества данных БАК, но уже сейчас физики обсуждают перспективы строительства новых коллайдеров. Какими они будут, рассказывает сотрудник коллаборации CMS БАК Андрей Крохотин.
Зачем физикам нужен новый коллайдер?
Если спросить физиков, какой еще коллайдер им понадобится в самом ближайшем будущем, то, скорее всего, вы получите ответ, что это электрон-позитронный коллайдер.
Зачем вообще нужен новый коллайдер и почему нельзя обойтись одним только БАК?
Ответ на этот вопрос кроется в природе ускоряемых частиц. Протоны, ускоряемые на БАК, участвуют в процессах «сильного» взаимодействия. «Сильное» взаимодействие – это одно из четырех фундаментальных взаимодействий природы наряду со «слабым», электромагнитным и гравитационным взаимодействиями. Как следует из самого названия, «сильное» взаимодействие является самым сильным из всех типов взаимодействий. Его сила намного превосходит силы «слабого» и электромагнитного взаимодействий и уж тем более гравитации, которая (как это ни покажется странным!) является самым слабым из всех существующих взаимодействий. Так почему же большинство людей никогда не слышали о существовании «сильного» взаимодействия, хотя все мы прекрасно знакомы с гравитацией и электричеством? Это объясняется тем, что «сильное» взаимодействие действует только на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами атомных ядер. Например, благодаря «сильному» взаимодействию протоны и нейтроны удерживаются вместе внутри атомных ядер. Не будь его, протоны разлетелись бы в разные стороны под действием сил электрического отталкивания. А нейтроны, у которых вообще нет электрического заряда, просто нельзя было бы удержать в составе ядер.
При столкновении протонов в коллайдере в процессах «сильного» взаимодействия рождается гигантское количество всевозможных частиц. В том числе и те частицы (например, бозоны Хиггса), ради открытия которых и был построен БАК. Исследуя эти столкновения, можно найти такие частицы и сделать открытие. Однако большинство рождающихся частиц и процессы с их участием давно открыты, исследованы и не представляют какого-либо существенного интереса. К сожалению, обилие таких событий-паразитов затрудняет проведение высокоточных измерений. Получается, что сделать открытие можно, но для того, чтобы точно измерить параметры вновь открытых частиц, нужно что-то еще.
Этим «еще» как раз и являются электрон-позитронные коллайдеры. В отличие от протонов, электроны и позитроны не принимают участия в процессах «сильного» взаимодействия. Их взаимодействие обусловлено электрослабыми процессами. Благодаря специфике этих взаимодействий, сечения рождения новой физики и фонов невелики. По этой причине электрон-позитронный коллайдер сложно использовать для первоначального открытия (хотя и можно). Однако если открытие уже сделано и приблизительно известна масса новых частиц, то. настраивая соответствующим образом энергию сталкивающихся электронов и позитронов, можно многократно увеличить вероятность рождения сигнальных событий, оставляя фоны небольшими. Так что электрон-позитронный коллайдер станет неплохим дополнением к БАК.