ЦЕРН публикува идеите си за наследник на Големия адронен колайдер, който ще струва 22.5 млрд. евро. Работното му име е "Бъдещ цикличен колайдер" (Future Circular Collider - FCC), съобщава BBC News.

Изследователският център за физика на елементарните частици в Женева предлага ускорител, който е почти четири пъти по-дълъг и десет пъти по-мощен.

Целта на FCC е да търси нови субатомни частици до 2050 година като се достигнат енергии на сблъсък от 100 TeV в търсене на нова физика.

Критиците казват, че парите биха могли да бъдат по-добре изразходвани в други области на научните изследвания, като например борбата с изменението на климата.

Генералният директор на ЦЕРН, проф. Фабиола Джаноти (Fabiola Gianotti), описа предложението като "забележително постижение".

"FCC има огромен потенциал да подобри познанията ни по фундаментална физика и да усъвършенства много технологии с широко въздействие върху обществото", коментира Джаноти.

Плановете на ЦЕРН са представени в доклад за идеен проект. Те ще бъдат разгледани от международна група физици, заедно с други материали като се изготви нова европейска стратегия за физиката на елементарните частици, която ще бъде публикувана през 2020 г.

"Тази програма е много амбициозна, много вълнуваща и ще бъде мой план", заяви проф. Джон Батъруърт (Jon Butterworth) от Университетския колеж, Лондон, който е сред тези, които изготвят стратегията.

Предложението включва изкопаване на нов тунел под ЦЕРН и след това инсталиране на пръстен, (FCC-ee), с максимална енергия до 180 GeV на лъча (раждане на двойка топ (върховен) антитоп кварк). Той е предназначен за работа в ниско енергийна област (45-180 GeV), но с огромна светимост и ще сблъсква електрони с положително заредените им аналози, позитроните.

Вторият етап ще включва инсталирането на по-голям пръстен за сблъсък на адрони с електрони, т. нар. протонен колайдер (FCC-hh) с енергия от 100 TeV, където се падат 50 TeV на всеки сноп.

Етапи 1 и 2 ще поставят основата за последната стъпка за сблъсък между адрони с почти десет пъти по-висока енергия от тази на колкото в Големия адронен колайдер - електронно-йонен колайдер (FCC-eh).

Новите открития

Физиците се надяват, че такива сблъсъци при такива безпрецедентно високи енергии ще разкрият нова група частици, които изпълват голяма част от Вселената, т. нар. тъмна материя. (вж "Колко е тъмна тъмната материя")

Текущата теория на субатомната физика, наречена Стандартен модел, е един от големите триумфи на 20-ти век. Тя адекватно обяснява поведението на материята и силите чрез взаимодействието на 17 частици. Последната от тях, хигс бозонът, бе открита от Големия адронен ускорител през 2012 г. 

Но наблюденията на астрономите показаха, че Вселената има повече от това, което може да се обясни със Стандартния модел. Галактиките се въртят по-бързо, отколкото би трябвало и разширяването на Вселената се ускорява, вместо да се забавя. Освен това Стандартният модел не обяснява гравитацията.

Така че трябва да има по-дълбок процес, включващ все още неоткрити частици. Разкриването им би осигурило на физиците  една много търсена Теория за всичко, която да свърже всички сили на природата и да обедини двата стълба, върху които се крепи съвременната физика - Общата теория на относителността и квантовата механика.

Когато физиците предложиха изграждането на Големия адронен колайдер, те знаеха, че ако Стандартният модел е верен, ще открият хигс бозона.

Те се надяваха, че може да открият и частици отвъд Стандартния модел. Засега обаче Големият адронен колайдер не успя да направи това.

Високата светимост и производителност на FCC ще увеличат вероятността за регистриране на раждането на тежките Z и W бозони, отговорни за слабите взаимодействия, хипотетични частици от фотино, скварки, предсказани от теориите за суперсиметрията. 

Новата физика не е само достигане на все по-високи и по-високи енергии в търсене на нови частици, а също така изучаване на много редки разпади, нарушаващи симетрията на частици и античастици. Това изисква колайдери с прецизна граница (precision frontier), които произвеждат голям брой такива редки събития, т.е. притежаващи висока светимост.

Проблемът в предложението на ЦЕРН за по-голям голям адронен колайдер е, че никой не знае какви енергии ще са необходими, за да разбият големите адрони, за да се открият енигматичните, суперчастици.

Може би заради медийния ажиотаж националните правителства и данъкоплатците очакваха Големият адронен колайдер да е открил частици отвъд Стандартния модел. Така че новото предложение за по-голям ускорител рискува да създаде впечатлението, че желанието на физическата общност за все по-големи и по-скъпи ускорители за решаване на тайните на Вселената е потенциално безгранично като самата Вселена.

Разходи и ползи

Нарастващите разходи за провеждане на основни изследвания в областта на физиката на елементарните частици означава, че е време да се извърши анализ на разходите и ползите, особено когато не е ясно дали съоръжението за 22.5 милиарда евро ще открие нови частици, коментира професор сър Дейвид Кинг, бивш главен научен съветник на Великобритания, който консултира правителството на Обединеното кралство и Европейската комисия за големи искания за финансиране.

"Трябва да сложим границата някъде, в противен случай ще стигнем до такъв голям колайдер, който да опасва екватора. И ако не свършим дотам, може би ще има искане за такъв, който отива до Луната и обратно".

"Винаги ще има по-дълбока физика, която да изисква с по-големи и по-големи коллайдери. Въпросът ми е до каква степен знанието, че вече сме се разширили, ще бъде от полза за човечеството?"

Проф Кинг смята, че правителствата трябва да помислят дали парите могат да бъдат по-добре изразходвани за изследвания за други, по-неотложни приоритети.

"Ще кажа, че в момента новият висок приоритет за хората е свързан с изменението на климата."

За какво са ни бозони?

Д-р Фредерик Бордри (Frédérick Bordry) от ЦЕРН заяви, че не смята 22.5 млрд. евро за много висока цена за най-модерния проект, чиято стойност ще бъде разпределена между няколко международни партньори в продължение на 20 години.

Той добави, че разходите за ЦЕРН са довели до много технологични постижения като например World Wide Web и че реалните ползи все още предстои да бъдат реализирани.

"Когато ме попитат за ползите от хигс бозона, казвам "бозоника" и когато ме питат какво е бозоника, казвам "не знам".

"Но ако си представим откритието на електрона от Томсън през 1897 г., той също не знаеше какво е електроника. Но сега не можем да си представим света без електроника".