В очередь за Нобелями

15.06.2021 / 14:58
Знаменитый Большой адронный коллайдер покажется лилипутом по сравнению с коллайдером будущего. Фото: Getty Images
Знаменитый Большой адронный коллайдер покажется лилипутом по сравнению с коллайдером будущего. Фото: Getty Images
В Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) планируют построить в 2040 году суперколлайдер, по сравнению с которым знаменитый Большой адронный коллайдер с его 27-километровым кольцом покажется игрушкой. В проекте - кольцо протяженностью в 100 км, а мощность этого ускорителя на порядок больше, чем у БАК. Этот монстр должен наконец "закрыть" знаменитую Стандартную модель, которая уже исчерпала себя, и открыть новую физику, помочь понять секреты "темной материи", "темной энергии", причины отсутствия во Вселенной антиматерии и т.д. И дать возможность ученым получить новые Нобели. Стоимость проекта впечатляет - 21 миллиард евро. Для сравнения - БАК обошелся в 12 миллиардов долларов.

Вес достигнет 9000 тонн, длина превышает миллион километров

"Сердце" любого коллайдера - магнитные системы, которые разгоняют и управляют сталкивающимися частицами. Для создания мощнейших магнитных полей используются низкотемпературные сверхпроводники, которые работают при температуре (-273 С). В знаменитом БАК проложено несколько сотен тысяч самых разных сверхпроводящих кабелей из ниобий-титана, их общий вес около 1200 тонн. В новом ускорительном монстре вес достигнет 9000 тонн, а общая длина, по разным оценкам, превысит миллион километров. Важно подчеркнуть, что проблема не только в огромных масштабах сверхпроводников. Из 9000 тонн только треть должны быть из уже освоенного ниобий-титана, а намного большая часть из ниобий-олова. Дело в том, что только этот материал позволит достичь на коллайдере мощных магнитных полей в 16 тесла (в БАК они составляли 8 тесла).

- Изготовить такой сверхпроводник намного сложней, чем из ниобий-титана, - говорит руководитель проектов по сверхпроводящей тематике одной из компаний Росатома Михаил Шляхов. - Сегодня есть две технологии, одна проще, другая сложней. По первой мы сделали партию таких сверхпроводников для проекта ИТЭР, но он все-таки не позволит достичь тех параметров магнитного поля, которые требует ЦЕРН для будущего коллайдера. Поэтому сейчас все страны, которые участвуют в создании сверхпроводников из ниобий-олова осваивают вторую более сложную технологию.

И вот только что в ЦЕРН успешно завершились приемочные испытания российских ниобий-оловянных сверхпроводников. Конструкция и технология их изготовления разработаны в московском ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, а партия проводов длиной 50 км выпущена на Чепецком механическом заводе в городе Глазов (оба предприятия входят в Топливную компанию ТВЭЛ - топливный дивизион Госкорпорации "Росатом"). Достигнуты рекордные показатели для российских технологий сверхпроводимости, такие как плотность критического тока в электромагнитном поле, коэффициент остаточного электросопротивления, эффективный диаметр провода. По итогам успешных испытаний продукции российская компания квалифицирована как поставщик сверхпроводников для программ ЦЕРН по разработке магнитов для сверхмощных ускорителей частиц.

Этот монстр должен наконец "закрыть" знаменитую Стандартную модель, которая уже исчерпала себя, и помочь понять секреты "темной материи"

Чем знаменитый БАК не устраивает физиков?

Физики сделали знаменитым на весь мир бозон Хиггса. Про эту частицу Бога и поймавший ее Большой адронный коллайдер (БАК) наслышаны даже домохозяйки. Но он покажется лилипутом рядом с машиной, которую сейчас задумали построить в Европейском центре по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

Зачем он нужен этот гигант? Чем БАК не устраивает физиков? Дело в том, что открыв бозон Хиггса, этот коллайдер одновременно закрыл последнюю страницу Стандартной модели, которая считается одним из самых главных достижений науки XX века. Физики надеялись выжать из БАКа и другие открытия, однако он больше не "плодоносил". Если он и дальше будет только подтверждать Стандартную модель, это, по мнению лауреата Нобелевской премии профессора Сэмюэла Тинга, окажется большой неудачей. Словом, ученые считают, что модель себя исчерпала. Она не может объяснить множество фактов, скажем, природу "темной материи" и "темной энергии", на которые приходится 95 процентов массы Вселенной и только 5 процентов на видимую - звезды и планеты. Здесь нужна новая физика. И добраться до нее физики надеются на ускорителе будущего. В работе над его концепцией участвуют более 1,3 тысячи специалистов из 150 институтов и университетов всего мира. Если прорыв к новой физике произойдет, то на энтузиастов прольется настоящий дождь новых Нобелей.

Построить коллайдер на Луне

Пока космические агентства ведущих стран только планируют повторить миссии с посадкой человека на Луну, физики уже рассматривают возможность построить там гигантский коллайдер. Напомним, что сейчас диаметр кольца знаменитого огромного Большого адронного коллайдера в ЦЕРН, разгоняющего частицы, почти 27 километров. В планах новый гигантский ускоритель с кольцом почти в 100 километров. Но, как говорится, аппетит приходит во время еды. Во всяком случае, фантазировать никто не запрещает. И вот Джеймс Бичем из Университета Дьюка и Франк Циммерман из ЦЕРН утрваждают, что "лунный" коллайдер может стать следующим инструментом для изучения тайн природы.

Конечно, в обозримой перспективе такой грандиозный инструмент не будет создан. Но идея очень заманчивая. Ведь на Луне не действует множество земных ограничений, а значит, кольцо коллайдера может пройти просто по ее экватору и достичь почти 11 тысяч километров. Практически все сооружения понадобится устраивать на глубине, где они будут защищены от космической радиации и микрометеоритов. Но если будущей технике это окажется по силам, физики получат уникальный инструмент. По расчетам ученых, энергия протон-протонных столкновений в нем может достигать 14 ПэВ, что в тысячи раз мощнее, чем в Большом адронном коллайдере. Такой феномен, по мнению авторов идеи, может совершить самые невероятные открытия, о которых мы сегодня даже не догадываемся.

Поделиться