Комітет американських фізиків, який займається проєктами в галузі квантової механіки, заявив про можливість будівництва мюонного колайдера - нового типу прискорювача елементарних частинок, більш потужного, ніж його аналоги в Європі та в США.
Група з визначення пріоритетів у галузі фізики елементарних частинок (P5), яка консультує американські фінансові установи щодо майбутніх напрямків високотехнологічних досліджень, оприлюднила 20-річне бачення розвитку цієї галузі.
Наразі планується проведення "агресивних" досліджень і розробок технологій, необхідних для мюонного колайдера. Однак група визнає, що такий проєкт зіткнеться зі значними проблемами, а тому вимагатиме міжнародної співпраці.
Мюонний колайдер — це прискорювач елементарних частинок, який зіштовхує пучки мюонів - більш важкі аналоги електронів. Таким чином науковці досліджують фундаментальну природу матерії й енергії.
Проблема в тому, що електрони втрачають занадто багато енергії через синхротронне випромінювання в кільцевих прискорювачах. Тоді як мюони можна прискорювати до набагато вищих енергій без значних втрат потенціалу.
Наприклад, мюонний колайдер з енергією центра мас 10 Тев теоретично міг би розміститися на зведеному майданчику Фермілаб в Іллінойсі та мав би таку ж фізичну потужність, як і протонний колайдер з енергією 100 Тев. Відповідно, ніякого додаткового тунелю завдовжки 90 кілометрів.
Група P5 засідала протягом року після конференції в Сноумасі в липні 2022 року, де зібралися фізики та космологи з усього світу. На думку вчених, мюонний колайдер пришвидшіть наші пошуки розуміння фундаментальної природи Всесвіту. Тому — на пілотному рівні - необхідно побудувати основні випробувальні та демонстраційні об'єкти для майбутньогоколайдера.
За попередніми оцінками, будівництво триватиме не менше 10 років. Реалізувати такий проєкт можливо тільки завдяки спільним зусиллям США, Європи та Японії.
Співголова групи Карстен Хігер, фізик з Єльського університету, розповів Physics World, що рекомендація щодо мюонного колайдера виникла з бажання подумати про довгострокове майбутнє фізики елементарних частинок. Проблема в тому, що галузь надто дорога і без гарантій досягнення бажаного результату.
Хігер стверджує, що рекомендація фізиків викликала "хвилювання" в американській науковій спільноті, особливо серед молодих вчених.
"Вони відчувають, що можливість проводити дослідження і розробки — захопливийпроєкт, особливо якщо ми зможемо розмістити колайдер в США", - додає він.
Однак будівництво також зіткнеться з серйозними технічними перешкодами. Пройдуть, мабуть, десятиліття, перш ніж буде прийнято будь-яке рішення.
Крім того, одна з проблем мюонів полягає в тому, що вони розпадаються лише за 2,2 мікросекунди, протягом яких їх потрібно захопити, охолодити й прискорити.
"Це дійсно розширює технічні кордони в усіх елементах, - пояснює Хігер. - Розробка магнітів, технологія прискорення, фокусування променя - всі ці речі будуть критично важливими, і вони мають вдосконалюватися порівняно з тим, що є зараз".
Даніель Шульте, науковий керівник Міжнародної колаборації мюонних колайдерів, який не входить до групи P5, погоджується, що якби не обмежений час життя мюона, майбутній колайдер був би "прямим".
Він каже, що один з найбільших викликів - розробка необхідних магнітних технологій, таких як високотемпературні надпровідні магніти для охолодження та уповільнення мюонів, а також високошвидкісні магніти для прискорення мюонного пучка.
Він уточнив, що багато з цих технологій ще не існують або перебувають у зародковому стані.
Крім того, розробка високотемпературних надпровідних магнітів матиме важливі наслідки для виробництва ядерних або навіть термоядерних реакторів.
Нагадаємо, фізики давно поклають великі надії на експерименти з мюонами.
До цього лунали заяви, що експерименти з магнетизмом мюона спростовують Стандартну модель елементарних частинок.
При цьому відомий космолог Етан Зігель неодноразово вказував, чому потрібно вивчати квантові поля, а не частинки.
