Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли

сфокусирована на точных измерениях параметров бозона Хиггса, топ-кварка и других фундаментальных параметров Стандартной модели. Предусматривается работа ускорителя при 90 ГэВ для производства большого количества Z-бозонов, чтобы затем повысить энергию до 160 ГэВ для генерации пар W-бозонов, потом повысить ее еще раз – до 240 ГэВ, для производства бозонов Хиггса в связке с Z-бозоном, и, наконец, достичь 350 ГэВ для получения пар топ-кварков. Для измерения констант связи бозона Хиггса с другими частицами FCC-ee позволит достичь относительной погрешности в пределах от 1 % до 0,1 %.

При 100 ТэВ на FCC-hh было бы возможно исследовать масштаб энергий, в семь раз превышающий LHC. Всякое новое состояние материи с массой от нескольких ТэВ до нескольких десятков ТэВ можно будет идентифицировать напрямую; вдобавок можно будет выяснить, элементарен ли бозон Хиггса или у него есть внутренняя структура, а также станет возможно изучить те детали спонтанного нарушения электрослабой симметрии, которые обладают определяющим значением для окружающего нас мира. Высокая светимость FCC-hh, до десяти раз превышающая светимость LHC, позволит наконец производить миллионы бозонов Хиггса, распространив с помощью FCC-ee точные измерения на те параметры частицы, которые до того было сложно измерить.

К сожалению, стоимость этой чудесной программы чрезвычайно высока. Точно ее оценить сложно, но можно смело предположить, что общая сумма окажется в пределах от 15 до 20 миллиардов евро. Также нельзя недооценивать многочисленные технические сложности. Прежде всего это касается производства сверхпроводящих магнитов с индукцией поля на 16 или 20 Тл. ЦЕРН руководит исследованиями, целью которых является получение первых реалистических прототипов уже к 2018 году. Также сложные задачи возникают в связи с управлением пучками высокоэнергетических частиц и увеличением среднего времени жизни этих пучков, с организацией системы охлаждения, отводящей тепло, которое возникает из‑за излучения в вакуумных трубках, с организацией систем защиты и с минимизацией радиационного износа компонентов ускорителя. Следует также помнить, что и сами детекторы на FCC-hh по сложности на порядок превосходят те, что разрабатывались для LHC, а поэтому требуют следующего технологического скачка.

Не вызывает, однако, сомнения, что, реализуя проект FCC, Европа заявляет о своих притязаниях и вступает в мировое соревнование за ускоритель будущего. А вот кто в этой истории старается держаться ниже травы тише воды, так это Соединенные Штаты. Те самые, которые когда‑то были безусловным лидером в данной сфере, а теперь, хоть и принимают некоторое участие в европейских, китайских или японских инициативах, так и не предложили ни какой‑то своей альтернативы, ни размещения у себя какой‑либо из обсуждающихся инфраструктур.

Единственное оригинальное предложение, исходящее от группы американских физиков, предусматривает возвращение к теме Уоксахачи (города, соседствующего с Далласом, в окрестностях которого планировалось рыть тоннель под SSC). Коллеги из США рекомендуют соорудить здесь тот самый протонный ускоритель на 100 ТэВ, который европейцы планируют строить вблизи Женевы.

Идея заключается в том, чтобы, используя десятки километров, уже прорытые для SSC, быстро довести длину тоннеля до 87 км и устроить там фабрику бозонов Хиггса – электрон-позитронный ускоритель с энергией 240 ГэВ, подобный FCC-ee. А потом – благо геологические условия Техаса позволяют – прорыть тоннель на 270 км и, оборудовав его магнитами на 5 Тл по хорошо известной технологии, достичь 100 ТэВ в протонном ускорителе. В тоннеле на 87 км можно также разместить инжектор на 15 ТэВ для протонного ускорителя. Ну а позднее, когда станут доступны технологии изготовления магнитов на 15 Тл, снабдить ими 270‑километровый тоннель – для получения энергии в 300 ТэВ.

Сторонники этого проекта настаивают, что он, несмотря на свои огромные размеры, будет куда экономичнее FCC. Но этот вариант, являясь, безусловно, весьма интересным, пока не рассматривался в качестве серьезной альтернативы другим предложениям.

В погоне за приоритетом

Сейчас в научной политике, причем на международном уровне, происходят, так сказать, “большие маневры”, и связаны они с программами постройки новых ускорителей.

Во-первых, как уже было сказано, США, похоже, согласились играть в дальнейшем роли второго плана. Сначала они обожглись в истории с SSC; потом парочку серьезных ударов нанес им ЦЕРН. Открытие W– и Z-бозонов, а затем еще и бозона Хиггса, по‑видимому, отправили их в нокаут, так что у них нет больше то ли сил, то ли желания хоть как‑нибудь реагировать. Но, несмотря на это, США остаются одним из лидеров в области новых технологий, а их достижения в других отраслях знания – в астрофизике, в космических исследованиях – по‑прежнему неоспоримы. Складывается впечатление, что американцам не по душе делать значимые инвестиции в те сферы науки, где, как они считают, их превосходство утрачено навсегда.

Совершенно по‑другому ведут себя “азиатские тигры” – Япония, Южная Корея и, конечно же, Китай. Эти страны, расположенные в наиболее динамично развивающейся части планеты, удивительно успешны и в том, что касается физики высоких энергий.

У Японии существует тут своя долгая традиция, и список нобелевских премий, полученных ее учеными за последние шестьдесят пять лет, убедительное тому доказательство. Корея и Китай включились в гонку относительно недавно, но достигнутый ими прогресс впечатляет. В особенности это относится к Китаю, который поначалу был малозаметен, но затем стал выдавать научные результаты один за другим. Чтобы усилить свое сообщество физиков, работающих в сфере высоких энергий (на тот момент весьма небольшое), государство пригласило из‑за границы лучших исследователей китайского происхождения. Тем из них, кто трудился в наиболее престижных американских университетах, оно предложило вполне сопоставимые зарплаты и фонды для проведения исследований. Чтобы создать китайские проекты новых ускорителей, правительство привлекло к участию в них наиболее известных исследователей, а молодым физикам из Америки и Европы, склонным к преподавательской деятельности, были предложены кафедры в местных университетах.

Инвестиции в фундаментальные исследования растут в Китае год от года. В процентном выражении этот рост таков, о каком мы, европейцы, которым приходится вести борьбу за выживание на фоне постоянного сокращения бюджетов, не смеем даже и мечтать. С 2000 по 2010 год они удвоились, и сегодня Китай тратит на научные исследования и опытно-конструкторские разработки больше, чем вся Европа.

Помимо прочего, в Китае запустили амбициозную программу космических исследований, включающую создание орбитальной научной станции и серию полетов на Луну. Венцом этой программы должен стать пилотируемый полет на наше ночное светило. В КНР ежегодно открывается несколько новых университетов и появляются важные инфраструктуры нейтринной физики, в том числе новая подземная лаборатория.

Китайский правящий класс демонстрирует понимание того, что инвестиции в фундаментальную науку откроют стране дорогу в мировую технологическую элиту. При этом китайцы хотят не только участвовать, но и стать первыми; они намерены добиться стратегического превосходства,