Пора открытий. Первый в мире мюонный коллайдер изменит все, что мы знаем о современной физике

Однако американские физики планируют пойти еще дальше — и уже лоббируют постройку в США коллайдера, который будет сталкивать мюоны. Кроме того, над такой мыслью задумываются и в Европе.

Ранее мы писали, почему именно эти частицы, более массивные родственники электронов, могут стать ключом к новой физике.

Если коротко, то мюоны вращаются в магнитном поле быстрее и колебаются сильнее, чем предполагает Стандартная модель. Из-за этого физики считают, что на них влияет некая неизвестная нам сила. Теоретически это может быть некая неизвестная нам элементарная частица.

Во время Snowmass Process, крупного научного мероприятия, на котором американские исследователи разрабатывают планы на исследование физики элементарных частиц на следующее десятилетие, почти треть официальных предложений так или иначе затрагивали тему создания мюонного коллайдера.

Они надеются, что этот проект можно будет реализовать после постройки фабрики Хиггса — крупного коллайдера, который детально изучит одну из важнейших элементарных частиц, бозон Хиггса. Сейчас над проектами подобного коллайдера отдельно работают ученые из Японии и Европы. Казалось бы, в Европе есть БАК, зачем им еще один коллайдер?

Проблема как раз в его результативности. Недавно он обнаружил до сих пор невиданные комбинации кварков — пентакварк и первую в мире пару тетракварков — однако со времен открытия бозона Хиггса БАК не сумел оправдать надежды ученых и открыть новые частицы. Некоторые физики и вовсе считают, что этот коллайдер достиг своих лимитов — и теперь ему нужен наследник.

Фабрика Хиггза сможет проводить столкновения частиц и выдавать более точные результаты, чем БАК. Однако мюонный коллайдер стал бы настоящей «машиной открытий», пишет журнал Nature. Такой коллайдер искал бы новые частицы в столкновениях с беспрецедентной энергией, а также смог бы объяснить причину расхождений, обнаруженных в предыдущих экспериментах с мюонами.

Идея постройки мюонного коллайдера витает в ученой среде уже более 50 лет. Однако до сих пор у человечества банально не было технологий, которые позволяли бы работать с мюонами, которые очень легко распадаются. Однако преимущество этой частицы перечеркивает проблемы, считают исследователи: их можно разгонять еще сильнее, чем электроны, а в столкновениях учавствует вся «чистая» энергия частицы (к примеру, БАК сталкивает кварки — «кусочки» частиц, которые несут в себе только часть их энергии).

Постройка мюонного коллайдера — это не вопрос, который решится даже в этом десятилетии. По оценкам ученых, на это потребуется около 10−15 лет. Однако плюс такого проекта в том, что мюонный коллайдер мог бы заменить фабрику Хиггса, о которой сейчас мечтают физики. Исследвоатели отмечают, что столкновения мюонов производят бозоны Хиггса в относительно чистой среде, что позволило бы им изучать свойства этой частицы и без постройки отдельного коллайдера.

Еще одна альтернатива, которую рассматривают в Европе — построить мюонный коллайдер после завершения всех экспериментов на БАК (сейчас считается, что он проработает до 2034 года).

Казалось бы — это вопросы далекого будущего, почему их поднимать сейчас? Дело в том, что стоимость остройки коллайдера исчисляется миллиардами, а то и десятками миллиардов долларов, а потому ученым нужно долго убеждать правительства и других потенциальных инвесторов в необходимости выделения таких средств ради дорогого роекта, который не факт, что даст обещанные результаты.

Многие физики считают, что именно мюонный коллайдер является лучшим решением с точки зрения цена/качество. Под качеством здесь имеется ввиду научный потенциал и вероятность открытия той самой заветной новой физики, за которой исследователи гоняются уже более полувека. Именно поэтому ученые уже начинают активно лоббировать эти проекты и параллельно изучают технологии, которые позволили бы нам сделать его идеальным.