За пределами теорий. Сибирские ученые строят самый мощный в мире коллайдер

В Новосибирске в Институте ядерной физики имени Будкера строят электронно-позитронный коллайдер «Супер чарм-тау фабрика». По словам сибирских ученых, он превзойдет по производительности Большой адронный коллайдер и позволит изучить явления, выходящие за пределы основной физической теории. Например, узнать, почему в наблюдаемой Вселенной почти нет антиматерии.

В Новосибирске создали часть инфраструктуры для будущего сверхмощного электронно-позитронного коллайдера «Супер чарм-тау фабрика» (SuperC-TAU). В Институте ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения РАН завершили работы по созданию для него инжекционного комплекса — источника заряженных частиц. Первый пучок позитронов уже получен.

Институт ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения РАН является одним из ведущих мировых центров в нескольких важных областях физики высоких энергий, управляемого термоядерного синтеза и прикладной физики. По большинству направлений ИЯФ является единственным в России. ИЯФ создан в 1958 году в Новосибирском Академгородке на базе лаборатории новых методов ускорения Института атомной энергии, возглавляемого Курчатовым. ИЯФ выполнил довольно внушительный объем работ для Большого адронного коллайдера в CERN. Пять сотрудников ИЯФ названы официальными соавторами и участниками открытия бозона Хиггса. Это один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий, физики и техники ускорителей, источников синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. ИЯФ является мировым лидером в изучении удержания плазмы в линейных системах (газодинамической и многопробочной ловушках) — альтернативной токамакам схеме удержания высокотемпературной плазмы, разработке атомарных инжекторов и ионных источников. Только для Большого адронного коллайдера в CERN ИЯФ изготовил оборудования на 100 млн евро — больше, чем все лаборатории США.

ИЯФ финансирует строительство электронно-позитронного коллайдера из собственных средств, полученных за выполнение контрактных работ по другим проектам. 15% от итогового объема уже вложено. В основном средства ИЯФ пошли на создание нового инжекционного комплекса, а также на разработку некоторых иных ключевых деталей проекта. Полная стоимость проекта «Супер чарм-тау фабрика» составляет более 16 млрд рублей. Предполагается, что значительная часть требуемых средств будет внесена международными коллаборантами — около четверти всех расходов. У ИЯФ уже заключены договоры о сотрудничестве по этому направлению с CERN, итальянским INFN, японской KEK.

Столь существенные объемы финансовых вложений необходимы, чтобы построить коллайдер нового поколения. Его производительность, так называемая светимость (то есть число наблюдаемых за единицу времени столкновений элементарных частиц), должна быть примерно в тысячу раз выше, чем та, что достигнута в ИЯФ на данный момент на коллайдерах ВЭПП-2000 и ВЭПП-4. Она будет даже выше, чем у Большого адронного коллайдера. Благодаря рекордной производительности новый коллайдер и получил название «фабрика».

Когда частицы встречаются в коллайдере с античастицами, они аннигилируют и превращаются в чистую энергию, из которой рождаются новые частицы. Чем больше будет выделяться энергии, тем больше родится частиц и тем необычнее они будут. Поэтому ожидается, что, помимо с-кварков и тау-лептонов, на «Супер чарм-тау фабрике», возможно, удастся получить экзотические частицы, существующие сегодня только в гипотезах, как некогда бозон Хиггса. Например, пентакварки — частицы из пяти кварков (вся привычная нам материя состоит только из трех) или глюболы — сгустки глюонного поля, отделившиеся от кварков. Но все же главное предназначение «Супер чарм-тау фабрики» — производить и позволить изучить с-кварки и тау-лептоны, а на их основе — явления, выходящие за пределы основной физической теории — Стандартной модели. Создаваемый коллайдер обеспечит возможность найти «новую физику» в редких или не предусмотренных современной теорией строения и взаимодействия элементарных частиц процессах. В частности, исследовать нарушение симметрии между материей и антиматерией, то есть разгадать тайну почти полного отсутствия антиматерии в наблюдаемой Вселенной.

Специалисты ИЯФ по ускорительной физике — признанные во всем мире эксперты по созданию коллайдеров с максимально большой светимостью. Десятилетиями они строили такие машины по всему миру, а теперь смогут построить себе лучшую из них. Жители Новосибирска следят за работой ученых с интересом и ждут больших открытий.