Час відкриттів. Перший у світі мюонний колайдер змінить усе, що ми знаємо про сучасну фізику

Однак американські фізики планують піти ще далі — і вже лобіюють будівництво в США колайдера, який зіштовхуватиме мюони. Крім того, над такою думкою замислюються й у Європі.

Раніше ми писали, чому саме ці частинки, масивніші родичі електронів, можуть стати ключем до нової фізики.

Якщо стисло, то мюони обертаються в магнітному полі швидше і коливаються сильніше, ніж передбачає Стандартна модель. Через це фізики вважають, що на них впливає якась невідома нам сила. Теоретично це може бути якась невідома нам елементарна частинка.

Під час Snowmass Process, великого наукового заходу, на якому американські дослідники розробляють плани на дослідження фізики елементарних частинок на наступне десятиліття, майже третина офіційних пропозицій так чи інакше стосувалася теми створення мюонного колайдера.

Вони сподіваються, що цей проєкт можна буде реалізувати після будівництва фабрики Хіггса — великого колайдера, який детально вивчить одну з найважливіших елементарних частинок, бозона Хіггса. Зараз над проєктами такого колайдера окремо працюють вчені з Японії та Європи. Здавалося б, у Європі є ВАК, навіщо їм ще один колайдер?

Проблема якраз у його результативності. Нещодавно він виявив досі небачені комбінації кварків — пентакварк та першу у світі пару тетракварків — проте з часів відкриття бозона Хіггса ВАК не зумів виправдати сподівання вчених та відкрити нові частинки. Деякі фізики взагалі вважають, що цей колайдер досягнув своїх лімітів — і тепер йому потрібен спадкоємець.

Фабрика Хіггса зможе проводити зіткнення частинок і видавати більш точні результати, ніж ВАК. Однак мюонний колайдер став би справжньою «машиною відкриттів», пише журнал Nature. Такий колайдер шукав би нові частинки у зіткненнях із безпрецедентною енергією, а також зміг би пояснити причину розбіжностей, виявлених у попередніх експериментах із мюонами.

Ідея будівництва мюонного колайдера витає у науковому середовищі вже понад 50 років. Однак досі у людства банально не було технологій, які б дозволяли працювати з мюонами, що дуже легко розпадаються. Але перевага цієї частинки перекреслює проблеми, вважають дослідники: їх можна розганяти ще сильніше, ніж електрони, а у зіткненнях бере участь вся «чиста» енергія частинки (наприклад, ВАК зіштовхує кварки — «шматочки» частинок, які несуть у собі лише частину їхньої енергії).

Будівництво мюонного колайдера — це не питання, яке вирішиться навіть цього десятиліття. За оцінками вчених, на це знадобииться приблизно 10−15 років. Однак первагою такого проєкту є те, що мюонний колайдер міг би замінити фабрику Хіггса, про яку зараз мріють фізики. Дослідники зазначають, що зіткнення мюонів виробляють бозони Хіггса у відносно чистому середовищі, що дозволило б вивчати властивості цієї частки і без будівництва окремого колайдера.

Ще одна альтернатива, яку розглядають у Європі, — побудувати мюонний колайдер після завершення всіх експериментів на ВАК (нині вважається, що він працюватиме до 2034 року).

Здавалося б, ці питання далекого майбутнього, то навіщо їх порушувати зараз? Річ у тім, що вартість забудови колайдера обчислюється мільярдами, а то й десятками мільярдів доларів, а тому вченим потрібно тривалий час переконувати уряди та інших потенційних інвесторів у необхідності виділення таких коштів заради дорогого проєкту, який не факт, що видасть обіцяні результати.

Багато фізиків вважають, що саме мюонний колайдер є найкращим рішенням з погляду ціна/якість. Під якістю тут мається на увазі науковий потенціал і можливість відкриття тієї самої заповітної нової фізики, за якою дослідники «ганяються» вже понад пів століття. Саме тому вчені вже починають активно лобіювати ці проєкти та паралельно вивчають технології, які б дозволили нам зробити його ідеальним.