Проекты будущего
Во время рабочего визита во Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики в Сарове президент РАН Александр Сергеев выступил с лекцией «Супер С-тау фабрика и XCELS», рассказав о с? инергии установок мегасайенс и значимости подобных исследований для мирового научного сообщества.
По мнению главы РАН, среди перспективных установок класса мегасайенс для Национального центра физики и математики в Сарове (НЦФМ) сейчас выделяются три: первая — современная вычислительная машина с рекордной производительностью, которая основана на обработке информации с помощью фотонов (фотонный компьютер); вторая — Супер С-тау фабрика на основе электрон-позитронного коллайдера; третья — XCELS — создание лазера с рекордной высокой пиковой мощностью.
Александр Сергеев напомнил, что в 2011г. в России в результате конкурса было отобрано шесть проектов класса мегасайенс: реактор ПИК в Гатчине, коллайдер тяжелых ионов НИКА в Дубне, источник синхротронного излучения пятого поколения, токамак с сильным магнитным полем, Супер С-тау фабрика и XCELS. Два последних и предлагается разместить в НЦФМ.
«Стандартная модель элементарных частиц и их взаимодействий, принятая в науке, дает нам до определенной глубины понимание мироустройства, и в этом есть некая степень завершенности. С другой стороны, известно, что в рамках стандартной модели не описываются некоторые явления природы. Соответственно, обнаружение в эксперименте различных особенностей, которые не укладываются в с тандартную модель, и понимание того, в каком направлении ее надо расширять — задача, которая сейчас, по-видимому, является основной в физике с точки зрения более глубокого понимания строения мира», — отметил глава РАН. По его словам, это абсолютно фундаментальная задача, и е?е пытаются решать на разных ускорительных комплексах, в том числе и на электрон-позитронных коллайдерах.
«У всех на слуху «фабрика Хиггса» (проект ускорителя для получения бозонов Хиггса с высокой производительностью), но аналогичные фабрики для производства других частиц существуют давно, и первой из них был электрон-позитронный коллайдер в ЦЕРНе гигантского размера — кольцо длиной 27 километров. Затем он был превращен в знаменитый Большой адронный коллайдер. В нем происходят столкновения тяжелых частиц с гораздо большей энергией, в результате чего рождается множество самых разнообразных частиц, среди которых обнаруживаются и новые. Задача коллайдеров-фабрик другая. Энергия сталкивающихся электронов и позитронов относительно небольшая, и продукты этих столкновений известны. Важно, чтобы таких столкновений было как можно больше для наработки статистики возможных отклонений от стандартной модели, а для этого коллайдер должен обладать высокой светимостью», — продолжил Александр Сергеев.
Именно на таком принципе основаны коллайдеры, которые работают с c-кварками, или очарованными кварками или b-кварками, — например, коллайдер в Пекине или японский SuperKEKB.
«На 2030—40-е годы намечена реализация супер-задачи — создание так называемого Будущего циклического коллайдера (Future Circular Collider) в ЦЕРНе. Этот проект придет на смену Большому адронному коллайдеру, но кольцо будет гораздо большего размера: планируется строительство тоннеля длиной порядка 100 километров, где сначала будут сталкиваться пучки электронов и позитронов, а потом — как это было с первым коллайдером — его переоборудуют для столкновения тяжелых частиц — протон-протонных пучков», — сообщил Александр Сергеев.
В настоящий момент как фабрика с-кварков работает Пекинский электрон-позитронный коллайдер — его светимость составляет 1033 частиц/см²·с. «Это на два порядка меньше, чем должно быть в Супер С-тау фабрике, где мы планируется достичь 1035. И здесь мы подходим к вопросу, который 10 лет назад даже еще не обсуждался, а именно — к синергии двух установок — Супер С-тау фабрики и XCELS», — добавил глава РАН.
Цель проекта XCELS (Exawatt Center for Extreme Light Studies) — создание лазерного комплекса с относительно небольшой энергией лазерного импульса, но очень короткой длительностью — на уровне 10, 20, 30 фемтосекунд. «В результате будет достигаться очень высокая пиковая мощность, и речь пойдет о сверхсильных полях, поскольку интенсивность — это электрическое поле в квадрате. И здесь есть своя новая физика — прежде всего, физика вакуума. А для многих исследователей представляет большой интерес использовать поля с гигантской интенсивностью для того, чтобы изучить в эксперименте квантовую структуру вакуума», — пояснил Александр Сергеев.
По его мнению, наличие двух уникальных установок в одном центре, каждая из которых рассчитана на новую физику, заставляет задуматься — а не будет ли это «новая физика в квадрате»? «Предварительные обсуждения показывают, что если мы сумеем столкнуть электроны с энергией 2—3 ГэВ, которые мы будем получать на С-тау фабрике с мощным — даже не экзаваттным, а на несколько порядков меньшим излучением, то получим сильнейший нелинейный эффект Комптона (рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся увеличением частоты излучения), который даст нам фотоны с энергиями в десятки, сотни ГэВ. Что это за фотоны? Пока мы их знаем как «прилетающие из космоса», а здесь мы будем иметь возможность в лаборатории получать, смотреть, исследовать такой источник. Даже такое пересечение, такая синергия представляет интерес. Но есть много других возможностей взаимодействия этих двух установок», — подчеркнул Александр Сергеев. Глава РАН отметил, что при поддержке научного сообщества, в частности, сибирских ученых, удастся достичь мирового лидерства в этой области. «Пока нам неизвестно, что в планах каких-то стран создание таких комплексов — одновременно мощных ускорителей электронов и сверхмощных лазеров», — резюмировал Александр Сергеев.
Кроме того, по словам президента РАН, создание любой установки класса мегасайенс связано с применением уникальных подходов, новейших материалов, передовых технологий, а значит — «подтягивает» развитие смежных индустрий, что также расширяет сферу применения. «Одно перечисление уникальных материалов, которые нужны для того, чтобы сделать сверхпроводники, или задач для отечественной СВЧ-электроники для создания ускорителей позволяет сделать вывод, что проделанная работа окупится. Мегасайенс — это не только возможность узнать секреты мироздания. Строительство установок подстегивает развитие современных технологий в стране», — заявил Александр Сергеев.
Информация взята с портала «Научная Россия»
