Міжнародний лінійний коллайдер ILC стане інноваційним методом вивчення фізики елементарних частин, та може змінити всі сучасні уявлення вчених про будову Всесвіту. В даний час стало відомо, що один з найбільших проектів в історії людства скоро може втілитися в реальність, а саме в 2020 році. Фізики всього світу оголосили про завершення роботи над технічним проектом ILC.
Міжнародний лінійний коллайдер ILC – електрон-позитронний колайдер, який буде складатися з двох лінійних прискорювачів довжиною 12 км кожний, пучки яких будуть спрямовані назустріч один одному.
Навіщо нам потрібен ILC?
Головна мета Міжнародного лінійного коллайдера – зрозуміти з чого складається Всесвіт і яким чином це все існує разом. Вчені припускають, що Всесвіт на 95 відсотків складається з темної матерії, яку, на жаль, поки не вдається виявити. Міжнародному лінійному коллайдеру буде під силу створювати “темні” частки, зіштовхуючи в спеціальних точках зіткнення пучки електронів і їх протилежних частинок – позитронів.
ILC зможе створювати величезну кількість бозонів Хіггса, що дозволяє вченим точно досліджувати властивості “божественної частинки”. Коллайдер також міг би виявити аномальні події, які дозволили б досліджувати екзотичні теорії поза межами Стандартної моделі.
ILC дозволить значно розширити пошуки нової фізики. Очікується, що ILC займеться дослідженням топ кварків, перевіркою теорії суперсиметрії і її зв’язку з темною матерією. Є ідеї пошуку інших вимірів і досліджень можливості при досить високих енергіях об’єднання слабких, електромагнітних, сильних і гравітаційних сил, в одну єдину універсальну силу.
Історія досліджень та технічні характеристики ILC
До сих пір єдиним реалізованим лінійним колайдером залишається SLC (Stanford Linear Collider) на енергію 45 ГеВ в пучку, який працював в 1987-1998 роках в лабораторії SLAC.
До теперішнього часу всі електронно-позитронні колайдери (ЕПК), крім SLC в Стенфорді (США), були циклічними. У циклічних прискорювачах електронні і позитронні пучки можуть довго рухатися по колу, накопичуючи частки і розганяючись, а потім багато разів стикатися в місцях перетину пучків. Це дозволяє дуже ефективно з ними експериментувати. Однак релятивістські електрони і позитрони, що рухаються по кривій лінії, швидко втрачають енергію за рахунок синхротронного випромінювання. Ці втрати, які можна порівняти з енергоспоживанням середньої величини міста, треба безперервно заповнювати. Але проблема не тільки в цьому. Випромінювання призводить до нагрівання стінок надпровідних систем, порушуючи їх роботу, і до виділення з них газів в вакуумні камери прискорювачів.
Тому фізики схиляються до необхідності побудови лінійного ЕПК. У ньому електронні і позитронні пучки прискорюються на двох зустрічних прямолінійних ділянках і одноразово стикаються. При цьому втрати на випромінювання невеликі, що і дозволяє сильно підняти енергію частинок.
Головною перешкодою на шляху побудови лінійних прискорювачів до останнього часу була проблема відсутності обладнання, здатного розігнати частинки до потрібної енергії на дистанції прийнятного розміру. Використання звичайних прискорювальних секцій вимагало установок довжиною в не одну сотню кілометрів. Розробка в останні десятиліття надпровідного прискорювача дозволила вирішити цю проблему, і основні розгінні ділянки майбутнього ЕПК матимуть довжину «всього» 11 км.
Спочатку проекти лінійних ЕПК розроблялися незалежно в декількох країнах. Але через їх велику вартість, недоступні одній країні, в 2004 році проекти NLC (США), GLC (Японія) і TESLA (Німеччина) були об’єднані в один, який отримав назву Міжнародний лінійний коллайдер. У його створенні беруть участь майже 2000 осіб з 300 лабораторій і університетів по всьому світу.
Майбутній прискорювач є гігантською спорудою вартістю 7,8 млрд доларів в цінах 2012 року, довжиною майже 31 км і з споживаної потужністю близько 230 МВт. Він розрахований на енергію 500 ГеВ з можливістю розширення до 1ТеВ (на першому етапі планується робота на 250 ГеВ). В оптимальному режимі згустки електронів і позитронів з 20 мільярдів частинок будуть стикатися приблизно 14 000 разів в секунду. Це дасть потенційно 1,3 х 1014 (130 трлн.) електрон-позитронних зіткнень в секунду.
Японія є найбільш імовірним кандидатом на роль приймаючої країни для ILC. Вчені збираються побудувати новий колайдер в горах Сефурі на південному японському острові Кюсю. Вартість нової установки майже в два рази більше, ніж було витрачено на будівництво ВАК, довжина якого становить 27 км.
Переваги ILC
«Міжнародний лінійний коллайдер має набагато більше можливостей», – сказав Брайан Фостер, керівник проекту.
Важливим інструментом створення «нової фізики» має стати всебічне вивчення бозона Хіггса – як він народжується та взаємодіє з іншими частинками?
ВАК здатний породжувати велику кількість бозонів Хіггса, але не зручний для їх дослідження, оскільки в ньому проводиться зіткнення протонів, що складаються з кварків і глюонів, що їх “склеюють”. В результаті відбувається народження великого числа нових частинок – адронів. Вони являють собою сильну перешкоду, яка заважає виявити бозон Хіггса, що рідко народжується та розпадається, і провести точні вимірювання. Фізики називають це «брудним» експериментом.
На роль ідеального прискорювача, оптимізованого під отримання і точне дослідження бозонів Хіггса підходить саме електрон-позитронний колайдер. І хоча на ньому бозони Хіггса будуть народжуватися в 10-100 разів рідше, ніж на ВАК, експерименти будуть «чистими», що дозволить надійно їх реєструвати.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
