Большой Адронный Коллайдер (БАК), самый мощный на сегодняшний день в мире ускоритель частиц, относительно недавно начал работать на пользу земной науки и еще даже не вышел на полную мощность. Невзирая на это ученые уже сейчас начали планирование сооружения преемника БАК - Международного Линейного Коллайдера (International Linear Collider, ILC). По предварительным расчетам, сооружение ILC обойдется в сумму от 10 до 20 миллиардов долларов, а располагаться этот ускоритель-коллайдер будет вероятнее всего в Японии.

Большой Адронный Коолайдер предназначен для разгона частиц-адронов до огромных скоростей (энергий) и сталкивания их друг с другом. Адроны - это частицы, состоящие из других частиц, к примеру, протон состоит из трех кварков, двух верхних кварков и одного нижнего кварка, которые скрепляются между собой при помощи глюонов. Кольцевая структура БАК позволяет эффективно разгонять частицы-адроны до огромных скоростей, при этом, энергетические затраты остаются на приемлемом уровне.

Проблема кольцевой структуры ускорителя заключается в том, что ее нельзя эффективно использовать для разгона волновых и малых частиц, таких как электроны. Причины этого очень сложны, но самой главной из них является возникновение так называемого синхротронного излучения (или магнитно-тормозного излучения) при движении волновых частиц по кругу. На это излучение, которое лежит в области жесткого рентгена электромагнитного спектра, тратится львиная доля энергии, закачиваемой в ускоритель.

Количество потерь энергии на синхротронное излучение уменьшаются при увеличении массы разгоняемых частиц, поэтому для БАК, который оперирует протонами, ядрами свинца и другими тяжелыми частицами, синхротронное излучение не является значимой проблемой. Но уже с такими частицами, как электрон, масса которого в 1836 раз меньше массы протона, синхротронное излучение становится настоящей проблемой.

Поэтому, для ускорения легких частиц, таких как электроны и позитроны, вместо кольцевых ускорителей используют линейные ускорители, ускорители, в которых разгоняемые частицы движутся по прямой линии. Но, в связи с тем, что у разгоняемой частицы есть только одна возможность "пробежать" дистанцию линейного ускорителя, мощности таких ускорителей не могут даже приблизиться к мощностям кольцевых ускорителей. К примеру, когда Большой Адронный Коллайдер в 2014 году войдет в строй после модернизации, энергия столкновений будет поднята до отметки в 14 ТэВ, а энергия линейного коллайдера ILC достигнет пикового уровня в 500 ГэВ даже при длине его разгонной части в 31 километр.

С учетом всего вышесказанного возникает логичный вопрос, зачем тратить кучу денег и усилий на создание ускорителя, мощность которого в 28 раз ниже мощности уже существующего ускорителя? Ответ на это достаточно прост. Когда в кольцевом ускорителе "разбиваются" адроны, частицы, состоящие из других частиц, львиная доля энергии столкновения передается более маленьким частицам, которые разлетаются, сталкиваются и "разбиваются" тоже. Поэтому иногда становится очень сложно или практически невозможно что-либо выяснить или отыскать следы новой частицы в этой мешанине, в этой "каше" из частиц и излучений. Поэтому ускорение и "разбивание" простых частиц может обеспечить более чистые эксперименты, в которых интересующие явления не будут "захламлены" побочными явлениями и их шумами.

Таким образом, линейный ускоритель ILC будет являться чем-то вроде "хирургического скальпеля" ядерной физики. Когда на БАК или другом ускорителе будет обнаружено что-либо интересное, к примеру, новая частица, ускоритель ILC позволит провести точные и тонкие измерения массы этой частицы, ее заряда, момента вращения и другие характеристики. Вполне вероятно, что именно линейный ускоритель позволит впервые зарегистрировать и изучить "суперсимметричные" частицы темной материи, которые, вполне возможно, и рождаются в недрах коллайдера БАК, но зарегистрировать и выделить их там совершенно невозможно.

В настоящее время Япония является наиболее подходящим кандидатом на роль страны, в которой будет создан ускоритель ILC, благодаря тому, что Япония готова покрыть половину всех расходов, в то время, как США и Европа испытывают большие финансовые трудности. В настоящее время уже разработан основной дизайн конструкции линейного ускорителя ILC, но до того момента, когда будет принято решение о начале и месте его строительства пройдет еще минимум несколько лет, от семи до десяти лет. Согласно предварительным планам, первое включение линейного ускорителя ILC запланировано на 2025 год или на более поздний срок.



Ключевые слова:
Линейный, Ускоритель, Кольцевой, Большой, Адронный, Коллайдер, БАК, International Linear Collider, ILC, Частица, Адрон, Столкновение, Энергия

Первоисточник

Другие новости по теме:

Ученые-физики создали мощный "настольный" ускоритель частиц

В лаборатории Беркли создан настольный ускоритель частиц.

Закрыв ускоритель Tevatron, Fermilab прекращает сталкивать адроны и планирует начать изучение столкновений мюонов.

Специалисты CERN создали миниатюрный линейный ускоритель медицинского и промышленного назначения

"Сердце" Большого Адронного Коллайдера начинает "биться", накачивая протонами туннели его ускорителей

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.