Фермилаб создает самый мощный коллайдер в истории

Американские ученые представили доклад с рекомендациями по приоритетным направлениям в области субатомной физики на ближайшее десятилетие. Доклад был подготовлен Комитетом по приоритизации проектов в области физики элементарных частиц (Particle Physics Project Prioritization Panel, P5) по поручению Министерства энергетики США и Национального научного фонда.

Особое внимание в докладе уделено роли национальной лаборатории Фермилаб, расположенной в пригороде Чикаго, штат Иллинойс. Предлагается расширить поддержку уже реализуемого здесь эксперимента DUNE по изучению нейтрино. Дополнительный детектор, создание которого потребует больших инвестиций, позволит лучше отслеживать 800-мильный путь этих загадочных частиц от Фермилаб до Южной Дакоты.

Исследование свойств нейтрино имеет принципиальное значение для понимания одной из ключевых загадок Вселенной. Согласно исследованиям, в момент Большого взрыва должно было образоваться равное количество материи и антиматерии. Однако в наблюдаемом нами пространстве преобладает материя. Чтобы выяснить, почему так произошло, необходимо глубже изучить особенности поведения частиц.

Однако еще более амбициозная идея — разработка принципиально нового мюонного коллайдера, который был бы в 10 раз мощнее существующего Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, в Швейцарии. Подчеркивается, что такой коллайдер идеально подошел бы по размерам для территории Фермилаб.

Некоторые ученые выражают свои опасения касательно задумки коллег. Они сравнивают это с полетом на Луну — дорогостоящий проект, не приносящий прямой практической пользы, хоть и расширяющий наши горизонты. Проектирование и строительство установки займет десятилетия и потребует колоссальных вложений порядка нескольких миллиардов долларов.

Но потенциальная отдача того стоит: коллайдер позволит заглянуть в самые недра микромира и поможет ответить на вопросы о природе темной материи, бозоне Хиггса и других фундаментальных загадках Вселенной.

Помимо экспериментов, проводимых в Фермилаб, в докладе говорится о работе другой научной организации региона — Национальной лаборатории Аргонна. Ее мощные суперкомпьютеры необходимы для обработки колоссальных объемов данных от больших ускорителей и детекторов частиц. Поэтому тесное сотрудничество Фермилаб и лаборатории Аргонна рассматривают как критически важный фактор для дальнейшего прогресса.

Нынешние коллайдеры ускоряют и сталкивают протоны с электронами. Но мюонный коллайдер был бы более эффективным, так как мюоны устойчивее и позволяют достичь большей энергии столкновений. При этом сами мюоны довольно неуловимы, поэтому физикам нужно будет подойти к делу «творчески».

В Чикаго исследования в области физики элементарных частиц активно ведутся в трех организациях: Фермилаб, Аргоннской национальной лаборатории и Чикагском университете. Местные ученые принимали непосредственное участие в подготовке доклада и разработке рекомендаций.

В P5 утверждают, что реализация плана усилит позиции США и штата Иллинойс как мирового научного центра. А Фермилаб может стать площадкой для создания уникальной исследовательской инфраструктуры глобального уровня.

Однако приоритетными по-прежнему остаются инвестиции в решение важнейших задач общества — развитие медицины, образования и других социальных сфер.