​Создаваемый в Новосибирске коллайдер будет вдвое компактнее, чем планировалось: его длина составит всего 470 м. Ученые придумали, как сделать ускоритель меньше и дешевле, но при этом мощнее. С помощью нового аппарата специалисты планируют решить загадку антиматерии, а также внести правки в Стандартную модель взаимодействия элементарных частиц, которая сейчас не объясняет происхождение вещества, темной материи и энергии.

Обычно подобные установки обладают внушительными размерами для достижения необходимых значений энергии, как, например, Большой адронный коллайдер, длина которого 27 км. Однако российские ученые предложили иной подход — использование большей интенсивности, а не энергии, благодаря чему ускоритель займет сравнительно малую площадь. Новый инструмент обеспечит мировой приоритет отечественной науке в течение 10 лет.

Задать ускорение

Существует два основных способа поиска новых явлений в физике частиц — использование либо большей энергии, либо интенсивности. Чем больше энергия сталкивающихся пучков, тем больше масса частиц, которые могут родиться в таких столкновениях. Сейчас самая «энергичная» машина — Большой адронный коллайдер, на котором активно проводят эксперименты по поиску новых частиц. Проблема в том, что такие ускорители очень дороги. Кроме того, на данный момент неизвестны значения энергии, при которых ожидаются эффекты, выходящие за пределы Стандартной модели (СМ) — теории, описывающей электромагнитное, сильное и слабое взаимодействие элементарных частиц. Строить же грандиозные установки наугад — неоправданно дорого.

Справка «Известий»

В 2011 году правительственная комиссия отобрала шесть проектов класса мегасайенс для реализации на территории РФ, среди которых был электрон-позитронный коллайдер Супер С-тау фабрика. В 2017 году проект Супер С-тау фабрики включили в план мероприятий по реализации Стратегии научно-технологического развития России, а в 2018 году он вошел в число проектов программы развития Новосибирского научного центра Сибирского отделения РАН «Академгородок 2.0». Основная цель экспериментов на Супер С-тау фабрике — изучение частиц, содержащих очарованные кварки и тау-лептоны, поиск новых физических эффектов, не описываемых Стандартной моделью. Стоимость реализации проекта составляет около 37 млрд рублей в текущих ценах, срок создания установки — шесть лет с момента начала финансирования работ, период сохранения мирового приоритета — не менее 10 лет.

Поэтому в последние пару десятилетий активно развивается другой путь — повышения точности, которое напрямую связано с интенсивностью пучков. В квантовом мире все явления случайные и измерить можно только вероятности. Чтобы улучшить точность измерения вероятностей, надо увеличивать количество статистических данных — наблюдать большее число столкновений пучков. Однако для того, чтобы, например, увеличить точность в 10 раз, статистику нужно увеличить в 100 раз. Именно эта цель поставлена в проекте новосибирских ученых под названием Супер С-тау фабрика. С ее помощью планируется открыть нечто новое в области физики и, возможно, внести правки в Стандартную модель (СМ).

В конце года Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН планирует предоставить обновленную версию всего проекта, которая значительно отличается от первоначальной. В частности, периметр ускорителя уменьшился с 800 м до 470 м, что снизило стоимость установки, и при этом удалось улучшить ее параметры: максимальная энергия в пучке увеличилась с 2,5 ГэВ до 3 ГэВ.

Сегодня примерная стоимость реализации проекта, в которую входит разработка, создание и строительство ускорительной, детекторной и инфраструктурной частей коллайдера составляет около 37 млрд рублей. На данный момент государственное финансирование проекта не началось, работы проводят в основном за счет собственных средств института, а также в рамках госзадания и грантов Российского научного фонда.

Новая физика

Физики планируют проверить СМ, изучая распады тау-лептонов. Эти частицы — родственники электронов, которые имеют такой же заряд и вообще много общего, кроме массы, которая у тау-лептонов в 3 тыс. раз больше. Именно в процессе их распада можно увидеть процессы, которые называют новой физикой. Она призвана объяснить происхождение массы, темной материи и энергии.

— Здесь новосибирская Супер С-тау фабрика будет вне конкуренции во всем мире, — пояснил ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, академик РАН Валерий Рубаков. — Если новая физика такова, что она приводит к новым явлениям с участием тау-лептона (а ряд теоретических подходов дает основания для такого вывода), то именно на Супер С-тау фабрике будут сделаны важнейшие открытия в данной области фундаментальной науки.

В распадах образующихся тау-лептонов проявляются тонкие детали рождения и аннигиляции частиц в вакууме, отмечает начальник отдела лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) Олег Теряев. Это дает вклад в свойства других частиц — мюонов, где уже много лет наблюдается некоторое расхождение результатов экспериментов с предсказанием СМ. Если расхождение связано с проявлением новой физики, то можно надеяться и на ее проявления в высокоточных измерениях на Супер С-тау фабрике, утверждает эксперт.

Помимо детального изучения свойств тау-лептона в планы ученых входит поиск и исследование совершенно новых форм материи.

— Конечно, невозможно однозначно утверждать, что Супер С-тау фабрика гарантированно позволит увидеть то, что не описывается СМ, — добавил директор Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, академик РАН Павел Логачев. — Но даже если обнаружить такие явления не удастся, понимание физики в этой области энергий значительно улучшится, что интересно и само по себе, и абсолютно необходимо для продолжения поисков явления за рамками СМ.

При этом Супер С-тау фабрика обеспечит развитие целого ряда прикладных инновационных направлений. При создании коллайдеров неизбежно развиваются новые технологии детектирования различных видов излучения для регистрации частиц. Эти же технологии применяются при создании оборудования для медицины — например, рентгеновских установок для цифровой рентгенографии, а также для досмотровых систем.

Сейчас коллектив ученых занимается детальной проработкой отдельных задач проекта Супер С-тау фабрики. Например, одна из групп работает над созданием цифровой модели будущего детектора. Ведь еще до строительства установки физики должны понять, как будут сталкиваться пучки, рождаться частицы, формироваться сигналы в регистрирующей их электронике и как будет проходить их обработка.

Ольга Коленцова

Источники

Всех разгоним
Известия, 20/08/2019
Всех разгоним: новый коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
The world news (theworldnews.net), 20/08/2019
Всех разгоним: новый коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
Известия (iz.ru), 20/08/2019
Создаваемый в России коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
The world news (theworldnews.net), 20/08/2019
Создаваемый в России коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали - "Новости Дня"
Новости дня (novosti-dny.ru), 20/08/2019
Создаваемый в России коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
Рен ТВ (ren.tv), 20/08/2019
Создаваемый в России коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
123ru.net, 20/08/2019
Всех разгоним: новый коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
Российский научный фонд (рнф.рф), 20/08/2019
Новосибирские ученые создают обновленную версию коллайдера
123ru.net, 20/08/2019
Всех разгоним: новый коллайдер будет меньше и мощнее, чем планировали
Российский научный фонд (rscf.ru), 20/08/2019
В конце 2019 года ИЯФ СО РАН представит обновленную версию проекта по созданию Супер С-тау фабрики
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 21/08/2019
Ученые ИЯФ СО РАН нашли, как сократить размеры коллайдера, создаваемого в рамках "Академгородка 2.0"
Академия новостей (academ.info), 21/08/2019
Ученые ИЯФ СО РАН нашли, как сократить размеры коллайдера, создаваемого в рамках "Академгородка 2.0"
Seldon.News (news.myseldon.com), 21/08/2019

Похожие новости

  • 29/05/2018

    Физики разных стран мира помогут создавать Супер С-тау фабрику в Новосибирске

    ​В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН прошло первое совещание Международного совета Супер С-тау фабрики, в котором приняли участие исследователи из России и зарубежных стран. "То, что происходит сегодня, - для нас важный этап, который подтверждает: мы находимся на правильном пути развития", - прокомментировал директор ИЯФ СО РАН академик Павел Владимирович Логачев.
    511
  • 11/06/2019

    В Новосибирском технопарке предложили создать площадку для «встречи» науки и производства

    ​Ученые призывают промышленников Новосибирска активнее встраиваться в потребности масштабных федеральных проектов. — Если мы будем в ходе реализации проекта «Академгородок 2.0» максимально включать экономику города и области, то получим отдачу в виде формирования новых продуктов и рынков, — заявил, выступая на дискуссионной площадке «Экономика и инвестиции» форума «Городские приоритеты», директор ИЯФ СО РАН Павел Логачев.
    401
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    2509
  • 09/06/2018

    ИЯФ СО РАН предоставит площадку для лечения

    ​Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН готов предоставить на своей территории площадку для лечения методом бор-нейтронозахватной терапии онкобольных, которым не помогают другие методы. Это должно быть временным решением до появления специализированной клиники, проект которой разрабатывается в Новосибирском государственном университете.
    1273
  • 30/08/2018

    Новосибирские ученые знают, как разбить древность на атомы

    Озера, древние книги, иконы, кости мамонтовой фауны или доисторического человека, деревянные колоды из погребений и даже болотный торф - все эти объекты можно точно датировать, определить время их создания, появления на свет или, если речь идет о живом существе, период обитания на Земле.
    667
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    671
  • 25/05/2018

    Фокусирующий аэрогель поможет распознать частицы в экспериментах на будущем новосибирском коллайдере

    ​Ученые Института ядерной физики им Г.И. Будкера СО РАН разработали проект системы идентификации частиц для экспериментов на будущем новосибирском коллайдере - Супер С-Тау фабрике. Это одна из ключевых систем планируемой установки, она позволит с высокой надежностью определять типы рождающихся в эксперименте частиц.
    782
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    238
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    969
  • 06/04/2017

    Германия выделит новосибирским ученым-ядерщикам 30 миллионов евро на совместные научные разработки

    Один из примеров сотрудничества - проект рентгеновского лазера, успешно развивающийся  в Гамбурге. Это оборудование, которое сможет помочь изучить структуру любого вещества одним пучком света, было изготовлено в столице Сибири.
    1591