Это общепризнанная истина, что физическая лаборатория с ведущей в мире научной лабораторией должна иметь план создания еще более совершенной машины, чтобы сменить старую. То же самое происходит с европейской лабораторией физики элементарных частиц, CERN, недалеко от Женевы, где находится крупнейший в мире атомный ускоритель — Большой адронный коллайдер длиной 27 километров (LHC). Сегодня управляющий совет CERN объявил, что запустит техническое и финансовое технико-экономическое обоснование для строительства еще большего коллайдера длиной от 80 до 100 километров (фактически два из них подряд), который в конечном итоге может достичь энергии, в семь раз превышающей LHC. Первая машина не будет построена до 2040 года.

«Есть некоторая гордость государств-членов CERN что это ведущая лаборатория физики элементарных частиц, и я думаю, что есть интерес к пребыванию там CERN», — говорит Урсула Басслер, физик и президент совета CERN, комиссии представителей 23 стран, которые поддерживают лабораторию. Тем не менее, генеральный директор CERN Фабиола Джанотти подчеркивает, что не было принято никаких обязательств по строительству нового гигантского коллайдера, который может стоить 20 миллиардов долларов. «Нет рекомендаций для реализации какого-либо проекта», — говорит она. «Это будет через несколько лет».

Физики обсуждают, какой коллайдер будет строить дальше, задолго до того, как LHC начал собирать данные в 2010 году. В начале 2000-х годов дискуссии были сосредоточены на прямолинейном линейном коллайдере длиной 30 километров, который разбивал электроны в позитроны. Такая машина дополнила бы круговой LHC, который разбивает встречные пучки протонов. Два типа машин имеют разные сильные стороны. Протонный коллайдер обычно может достигать более высоких энергий и открывать более тяжелые новые частицы. Но протоны состоят из других частиц, называемых кварками, поэтому они создают грязные столкновения. Напротив, электроны и позитроны являются неделимыми фундаментальными частицами, поэтому они создают более чистые столкновения. Исторически, физики часто находили новые частицы на протонных коллайдерах и детально изучали их на электрон-позитронных коллайдерах.

Именно в эту физику физики по всему миру пытаются играть сегодня. В 2012 году разрушающий протоны LHC взорвал бозон Хиггса, последнюю частицу, предсказанную стандартной моделью физиков, и стержень для их объяснения того, как все другие фундаментальные частицы получают свою массу. Многие теперь хотели бы построить электрон-позитронный коллайдер и запустить его как фабрику Хиггса, чтобы сделать частицу в большом количестве и посмотреть, обладает ли она точно предсказанными свойствами. Любое отклонение от предсказаний будет признаком новой физики, выходящей за рамки 40-летней стандартной модели, что физики элементарных частиц отчаянно пытаются найти. Японские физики хотели бы разместить такой линейный коллайдер у себя.

Однако несколько лет назад некоторые физики предложили другой подход, построив круговой электрон-позитронный коллайдер длиной от 80 до 100 километров для изучения Хиггса. У этой машины был бы существенный недостаток: когда легкие электроны вращаются по кругу, они излучают обильное рентгеновское излучение и теряют энергию, поэтому такая машина неэффективна и имеет ограниченный запас энергии. Но у него есть большой практический потенциал: туннель, в котором он нуждается, позже может быть использован для размещения протонного коллайдера с более высокой энергией. Это именно то, что CERN сделал с LHC, который был построен в существующем туннеле, вырытом для Большого электрон-позитронного коллайдера, который работал с 1989 по 2000 год. Он детально изучал частицы, называемые W и Z-бозонами, которые были обнаружены ранее с протон-антипротонным коллайдером в CERN.

Теперь физики CERN представляют будущее, в котором около 2040 года они построят огромный круговой электрон-позитронный коллайдер для изучения Хиггса. Затем они получат более мощный протонный коллайдер для достижения новой границы высоких энергий. Сегодня совет CERN сделал шаг в этом направлении, объявив об обновлении своей долгосрочной стратегии, первой с 2013 года.

Однако, насколько планы CERN изменились, и остаются неясным. Некоторые физики уже давно работают над собственной конструкцией CERN для линейного коллайдера. И, похоже, новая долгосрочная стратегия не полностью исключает эту идею. «Мы также рекомендуем продолжать разработку ускорителей, чтобы не упустить возможность усовершенствовать нашу ускорительную технологию», — сказала Халина Абрамович, физик из Тель-Авивского университета, которая руководила процессом планирования, во время онлайн-сессии вопросов и ответов. «Я думаю, что важно донести это сообщение очень четко».

Технико-экономическое обоснование для большой новой машины должно быть сделано к 2026 или 2027 году, когда CERN в следующий раз обновит свою долгосрочную стратегию. CERN может также принять участие в предполагаемой гонке вооружений на коллайдерах, поскольку у физиков в Китае есть аналогичные планы по созданию больших круговых коллайдеров. Конечно, все может зависеть от того, найдет ли LHC, который в настоящее время проходит модернизацию и должен работать до середины 2030-х годов, что-нибудь кроме бозона Хиггса для изучения. Если этого не произойдет, убедить правительства Европы потратить 20 миллиардов долларов на обучение только Хиггсу может оказаться сложной политической задачей.