Китайские физики опубликовали подробные данные об устройстве нового суперколлайдера

Расположение ускорителя CEPC на карте Китая

IHEP, CAS

Группа ученых, работающих над проектом коллайдера CEPC (Circular Electron Positron Collider), официально опубликовала доклад о технических деталях его устройства и планируемых экспериментах – физики подвели итоги подготовительного теоретического этапа, продлившегося около шести лет. Скоро ученые приступят к практическим работам — разработают прототипы ключевых компонентов экспериментальной установки и подготовят инфраструктуру. Об этом сообщил на специальной церемонии, приуроченной к воркшопу CEPC 2018, председатель руководящего комитета CEPC Ван Ифан (Wang Yifang).

В 1964 году английский физик Питер Хиггс предложил механизм нарушения электрослабой симметрии, который исправил ключевые недостатки теории слабых взаимодействий Ферми и позволил разработать перенормируемую теорию электрослабых взаимодействий. Благодаря этому механизму все пространство оказывается заполнено однородным полем Хиггса, фермионы (кварки, электроны и так далее) приобретают массу, а радиус действия слабых сил оказывается конечным. Кроме того, в теории возникают массивные бозоны Хиггса (массой около 125 масс протона), которые представляют собой колебания поля Хиггса около вакуумного значения. Подробнее про механизм Хиггса можно прочитать в материалах «С днем рождения, БАК!» и «Хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии».

К сожалению, большая масса бозона Хиггса сильно подавляет вероятность его рождения и мешает получить его в экспериментах с пучками частиц. С другой стороны, чтобы подтвердить существование бозона, измерить его параметры и сравнить с предсказаниями теории, нужно набрать большую статистику. Чем меньше энергия ускорителя — тем ниже вероятность рождения на нем бозона Хиггса, и тем сложнее набрать нужную статистику. Поэтому экспериментально существование бозона Хиггса ученые подтвердили только в июле 2012 года после нескольких лет работы Большого адронного коллайдера (БАК), который разгоняет протоны до энергии около 14 тераэлектронвольт (в системе центра инерции). К сожалению, даже при таких высоких энергиях скорость набора статистики сравнительно невелика, поэтому в будущем ученые планируют усовершенствовать БАК и построить несколько других коллайдеров, которые позволят более подробно изучить свойства бозона Хиггса.

Проект одного из таких коллайдеров предложило Китайское сообщество физики высоких энергий (Chinese high energy physics community) в сентябре 2012 года — всего через несколько месяцев после открытия бозона. Новый ускоритель, получивший название кругового электрон-позитронного коллайдера (Circular Electron Positron Collider, CEPC), будет разгонять пучки электронов и позитронов до энергий порядка 240 гигаэлектронольт (в системе центра инерции). Каждый из пучков будет разгоняться на линейном ускорителе до энергий порядка 10 гигаэлектронвольт, а затем будет направляться в одно из двух колец, смонтированных в круговом тоннеле длиной около 100 километров. За столкновениями частиц и рождением бозона Хиггса будут наблюдать два больших детектора.

Опубликованный сегодня доклад состоит из двух частей. В первой части подробно описывается устройство ускорительного комплекса — линейного «подготовительного» ускорителя, системы сброса пучка, собственно ускорительной секции, системы охлаждения и управления магнитами и так далее. Кроме того, в ней рассматривается возможность сооружения в туннелях CEPC протон-протонного ускорителя SppC, который продолжит сбор статистики после завершения основной программы. Во второй части доклада обсуждается техника детектирования и эксперименты, которые планируется провести на коллайдере. По оценкам ученых, в течение десяти лет на CEPC родится более миллиона бозонов Хиггса, сто миллионов W-бозонов и триллион Z-бозонов. Кроме того, в результате распада этих частиц образуются миллиарды тау-лептонов, b- и c-кварков.

В марте 2015 и апреле 2017 года китайские физики уже публиковали предварительные варианты доклада (так называемые «белый» и «желтый» доклады). Предложенные в них решения ученые обсуждали с другими специалистами, а потом корректировали и дополняли свою работу. Вариант, представленный сегодня, является окончательным. Теперь исследователи планируют сосредоточиться на прикладных разработках проекта.

В марте этого года Владимир Путин объявил, что в России планируется построить несколько современных исследовательских установок, востребованных среди зарубежных ученых, — в частности, синхротрон ИССИ-4 в Курчатовском институте и коллайдер тяжелых ионов NICA в ОИЯИ (Дубна). В настоящее время уже проводятся эксперименты по программе коллайдера, хотя сам коллайдер и даже здание для него пока еще не построены. Подробнее о российских установках можно прочитать в материале «Больше синхротронов».

В мае 2017 года в CERN состоялось официальное открытие линейного ускорителя Linac 4, который в будущем должен войти в состав Большого адронного коллайдера высокой светимости (HL-LHC). Ожидается, что «усовершенствованный» ускоритель будет набирать статистику столкновений протон-протонных пучков в десять раз быстрее, чем текущая версия БАК. Работы по созданию коллайдера начались в июне 2018 года и продлятся до 2026 года.

Дмитрий Трунин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.