Предложен компромиссный вариант будущего электрон-позитронного коллайдера

Озеро Кольцевое, остров Онекотан

Рис. 1. Курильские острова выглядят идеальным местом для реализации Международного продолговатого коллайдера при существенном финансовом вкладе Японии. Помимо удобного расположения между Японией и Россией, они могут предоставить ученым много мест для прогулок и размышлений над тайнами устройства нашего мира. Одно из таких мест — красивейшее озеро Кольцевое на острове Онекотан, занимающее кальдеру Тао-Русыр, из которой вырос новый конус вулкана Креницына. Фото с сайта unusualplaces.org. Прочитать подробный рассказ о поездке на этот остров можно в блоге Евгения Касперского

У тупиковой ситуации вокруг Международного линейного коллайдера может найтись неожиданно элегантное решение — Международный продолговатый коллайдер, расположенный на Курильских островах. Такая схема будет компромиссной как с научной, так и с финансовой и даже c политической точек зрения. Работа по развитию физики элементарных частиц в этом регионе, на Камчатке, уже стартовала.

Мы неоднократно писали о тупиковой ситуации вокруг проекта Международного линейного коллайдера ILC. Он должен быть реализован в Японии, но позиция японского правительства долгое время оставалась весьма туманной, и только в начале марта Япония сказала хоть что-то определенное. В своем заявлении японское правительство дало понять: Япония не готова строить у себя линейный коллайдер, но хочет принимать тесное участие в будущей работе над этим или другим аналогичным проектом.

В свою очередь, научное сообщество, от лица которого выступил в марте Международный комитет по будущим ускорителям ICFA, тоже высказалось вполне четко: слишком много сил и денег было вложено в этот проект и слишком много научных надежд с ним связано, чтобы просто так от него отказаться. Конечно, есть и альтернативный путь — циклические электрон-позитронные коллайдеры, в частности китайский CEPC и церновский FCC-ee.

Однако для их реализации требуется заметно больше времени: на один только стокилометровый туннель потребуются многие годы. К тому же эти проекты не масштабируемы по энергии, да и вовлеченность Японии в них куда меньше. В общем, Япония не так видит свою роль в развитии ускорительной физике частиц.

Складывается ситуация, в которой решение обуславливают нескольких конфликтующих факторов. Строить коллайдер у себя Японии слишком затратно, а участвовать в строительстве где-то далеко — не так престижно. А вот если он будет где-то под боком — самое то. Если линейный коллайдер был бы по-настоящему японским проектом, то в циклическом Япония будет участвовать лишь как один их многих второстепенных участников. Линейный коллайдер можно было бы начинать стоить прямо сейчас, тогда как для циклического требуется время.

Элегантным выходом из этого тупика может оказаться максимально компромиссный вариант — Международный продолговатый коллайдер, расположенный на столь же продолговатой территории поблизости от Японии. Продолговатый характер коллайдера вберет в себя самые сильные стороны обеих схем ускорения частиц — линейной и циклической. Таких проектов еще не было, и Япония тут может стать первопроходцем. Строить такой коллайдер можно прямо сейчас, и по затратам на прохождения туннеля он будет ближе к линейному, чем к циклическому коллайдеру тех же размеров.

Наконец, — и вот тут вторая изюминка! — уже есть место, идеально подходящее для строительства Международного продолговатого коллайдера. Это Курильские острова, находящиеся под носом у Японии (рис. 2). Их размеры (о. Кунашир вытянут примерно на 120 км, а о. Итуруп — на 200 км) и продолговатая форма позволят не просто реализовать такой коллайдер, но и сделать его масштабируемым, наращивая его вдоль выбранного острова, насколько нужно. Спорный характер территорий тоже поспособствует реализации международного научного проекта такого масштаба. С одной стороны, это официально и не Япония вовсе, но очень рядом, так что Япония может сделать существенный финансовый вклад при минимальных затратах на логистику. С другой стороны, это станет шагом на пути совместного развития Курильских островов Россией и Японией, причем в том мирном русле, которое найдет живое одобрение у мирового сообщества. В Южно-Курильске, на базе Международного продолговатого коллайдера, сформируется научная лаборатория мегамасштаба — Мировой Курильский Центр по физике микромира, своеобразный тихоокеанский аналог ЦЕРНа, новая точка роста и развития России.

Рис. 2. Вытянутая форма Курильских островов хорошо подходит для строительства коллайдера нового типа

Рис. 2. Вытянутая форма Курильских островов хорошо подходит для строительства коллайдера нового типа. Изображение с сайта maps.yandex.ru

Конечно, эта задумка пока далека от реализации. Для начала физики и техники должны довести ее до стадии технического проекта, затем ее должно поддержать мировое научное сообщество и одобрить правительства РФ и Японии. Но какое-то движение в эту сторону уже началось. В этом году на Камчатке стартует кипучая деятельность по развитию физики элементарных частиц в этом регионе. Так, первая Камчатская школа по физике частиц и смежным темам, которая пройдет в сентябре и которую организует Объединенный институт ядерных исследований совместно с камчатскими партнерами, уже принимает от всех желающих заявки на участие.

Не исключено, что уже в ближайшие годы мы станем свидетелями того, как будущее физики элементарных частиц начнет приобретать продолговатые очертания.

Игорь Иванов


30
Показать комментарии (30)
Свернуть комментарии (30)

  • niki  | 01.04.2019 | 06:56 Ответить
    Одновременно обсуждается идея треугольного коллайдера. Он так же сочетает в себе достоинства линейного и циклического. Ускорение можно проводить на трех линейных коллайдерах на ребрах. В то же время это обычный циклический. Однако, у этого проекта шансов меньше. В Японии острова подходящей формы меньшего размера.
    Ответить
  • Teodor77  | 01.04.2019 | 08:29 Ответить
    Если уж экспериментировать с формой, то надо переходить к ленте Мёбиуса или бутылке Клейна. Только так можно осуществить прорыв в дополнительное измерение. Без него никак не выходит создать Теорию Всего.
    Ответить
    • Rattus > Teodor77 | 01.04.2019 | 09:43 Ответить
      Этим вопросом занимается проф. Станислав Сляпенарский - в Вене уже строится экспериментальная установка.
      Ответить
  • evg.anikin  | 01.04.2019 | 10:13 Ответить
    Насколько я помню, в одной из задач на Элементах было показано, что продолговатый коллайдер, наоборот, сочетает в себе недостатки линейного и циклического. Синхротронное излучение будет больше, чем в циклическом. Странно, что это не учли при разработке проекта.
    Ответить
    • nicolaus > evg.anikin | 02.04.2019 | 06:05 Ответить
      Вы ошибаетесь. У "продолговатого" коллайдера все идеально. Никаких недостатков. Правда место размещения выбрано не удачно. На островах нет энергии. Другое дело - Сибирь. См. пост 01.04.2019 21:41
      Ответить
  • dad  | 01.04.2019 | 11:31 Ответить
    А как же регулярные землетрясения и возможные извержения вулканов? Про них-то неужто забыли? Как мне кажется, это очень даже реальная угроза нормальной работе коллайдера, тем более, коллайдера обсуждаемого размера. Или я ошибаюсь, и существуют решения, позволяющие ускорителям подобных размеров устойчиво работать в условиях землетрясений и извержений?!
    Ответить
  • dad  | 01.04.2019 | 11:33 Ответить
    Ёлки зеленые, попался! Первое же апреля! Всех с Днем юмора и шуток!
    Ответить
  • PavelS  | 01.04.2019 | 16:10 Ответить
    Да, согласен - что-то мало пишется про полуциклические коллайдеры. Где линейные участки туда-и-обратно общие для разных энергий, а в поворотных секциях магнитное поле не меняется, вместо этого берётся несколько поворотных участков, каждый под свою энергию.
    Ответить
  • Скеп-тик  | 01.04.2019 | 19:26 Ответить
    Продолговатый коллайдер возможен только для огурцоподобных электронов и позитронов. Круглые рассыпятся, а квадратные - зацепятся.
    Ответить
    • nicolaus > Скеп-тик | 01.04.2019 | 21:41 Ответить
      Как я понял, «продолговатый коллайдер» это не линейный коллайдер и не круглый коллайдер. А то и другое одновременно. Этот коллайдер можно получить путем сжатия круглого коллайдера по бокам и вытягивания в линию. И как не странно, но коллайдер после такой трансформации сохранит положительные свойства круглого коллайдера (накопление энергии пучка), так и обзаведется положительными свойствами линейного коллайдера (отсутствие потерь энергии на синхронное излучение). Скептик скажет, что это невозможно, если электроны не имеют форму огурца. На самом деле он не прав.
      Все дело в тонкостях конструкции коллайдера. Данный коллайдер будет иметь две трубы, идущие параллельно, концы которых соединённы в одну замкнутую «продолговатую» трубу, с относительно плавными поворотными секциями на концах. В центральной части связки труб будет подземный зал для экспериментов, где будут установлены детекторы, где два пучка частиц могут перекрещиваться и сталкиваться.
      Допустим, у нас имеется очень энергичный пучок, который ускорился в ускорительном участке трубы и столкнулся со встречным пучком, летящим навстречу из другого ускорительного участка. При этом прореагировавшие пучки никуда не исчезают, как в линейном коллайдере, а продолжают лететь вперед и попадают в участки труб, которые сконструированы для торможения. Энергия торможения расходуется на ускорение частиц в ускорительных участках, которые расположены рядом. После того как электроны практически полностью затормозятся в тормозных участках, их несложно развернуть и направить в ускорительные участки. Таким образом, обеспечивается накопление энергии пучка (как в круглом коллайдере), и отсутствие потерь энергии на синхротронное излучения (как в линейном коллайдере).
      В этом случае для достижений энергии пучка в 200 ГВт, будет достаточно длительно потребляемой энергии всего 6 ГВт. (т. е. мощности одной скромной ГЭС, например, такой как Красноярская). И не нужно напрягать всю энергосистему Японии. :)
      Ответить
      • volodya_vlad > nicolaus | 01.04.2019 | 22:05 Ответить
        В таком случае это надо называть скрепко-коллайдер.
        Ответить
        • Александр Гор > volodya_vlad | 02.04.2019 | 11:05 Ответить
          духовно-скрепно-коллайдер )))
          Ответить
  • volodya_vlad  | 01.04.2019 | 20:00 Ответить
    Продолговатый коллайдер - это само по себе так по первоапрельски звучит.
    Ответить
    • nicolaus > volodya_vlad | 03.04.2019 | 17:24 Ответить
      «Продолговатый» коллайдер - немного шутливое (или ласковое) название «продольного» коллайдера. Ни у одной страны, за исключением России, в проекте такого коллайдера нет. И это все серьезно!
      Ответить
  • VICTOR  | 01.04.2019 | 23:27 Ответить
    На самом деле, правильный коллайдер - это 2 очень хитрые спирали (который расходятся от 2 центров, а потом сталкиваются).
    "Хитрая спираль" - кривая, уравнение которой можно задать таким свойством. Радиус кривизны кривой в точке (x,y) пропорционален длине от начала кривой до этой точки (по матану учили, там не самая простая формула). Только не понятно, как задать самое начало кривой. Мы можем получить бесконечное число витков на "пятачке" конечной площади, правда у обычной функции r = exp(phy) оно так и есть (угол беру от минус бесконечности).
    Ответить
  • leonid_ge  | 02.04.2019 | 00:29 Ответить
    Ну да, ну да. А то было предложение построить коллайдер на границе между Израилем и сектором Газа. Первого апреля прошлого года поступило.
    Ответить
  • alekseylevin  | 02.04.2019 | 04:49 Ответить
    Игорь, спасибо за охренительно-замечательную хохму. Но у меня есть встречное предложение. Надо построить Полуглобальный Коллайдер на границе США и Мексики прямо под Стеной Трампа. Получится подлиннее и покрасивше - да и под Стену никакие незаконные мигранты не подкопаются. К тому же Мексикания, которая за стену платить не хочет, на колллайдер, глядишь, что-то кинет. И всем будет счастье! Единственное препятствие - Трамп, скорее всего, ничего не знает про элементарные частицы. Но учиться никогда не поздно.
    Ответить
    • VICTOR > alekseylevin | 02.04.2019 | 09:29 Ответить
      Запускать ночью, используя стену как радиатор для труб, по которым течет вода.
      Ответить
  • leonid_ge  | 02.04.2019 | 11:11 Ответить
    Интересно, можно ли сделать ускоритель частиц в космосе? Скажем, состоящий из нескольких спутников, каждый будет поворачивать поток частиц в сторону другого спутника и ускорять их. Получится многоугольник (с закруглениями по углам). Сложно, зато глубокий вакуум.
    Ответить
    • PavelS > leonid_ge | 02.04.2019 | 13:06 Ответить
      Можно, но бессмысленно. Прямые участки между спутниками будут бесполезны, т.к. в них нет ни разгона, ни поворота. Получаем на выходе просто очень маленький коллайдер, с большим количеством бесполезных соединительных участков.

      Гораздо интересней к следующему 1_апреля запустить спутник с одной только ускорительной секцией и получить в итоге гигантский циклотрон (ускоритель с обширным постоянным магнитным полем) - роль поворотных секций сыграет магнитное поле Земли. Это позволит обойтись только искусственными ускорительными секциями, без поворотных. А поворотные магниты как раз составляют основную массу и стоимость БАК. Возможно так получится совершить прорыв в плане энергий, за 100ТэВ и сразу же проверить гипотезу Хиггсовского взрыва - и это всё за 1 весенний день, не ожидая следующего поколения наземных коллайдеров.
      Ответить
      • VICTOR > PavelS | 02.04.2019 | 14:18 Ответить
        >роль поворотных секций сыграет магнитное поле Земли

        При энергии в 10 раз больше возьмем радиус кольца в 10 тысяч раз больше?
        Ответить
        • PavelS > VICTOR | 02.04.2019 | 17:59 Ответить
          Земное магнитное поле и слабее чем у БАК во много раз! Потому да, кольцо тоже надо побольше, сильно больше, но по порядку величины всё сходится. Я не вникал в детали, в циклотроне радиус поворота как-то сам подстраивается подо всё. Похожее поле, как у циклотрона, будет у земных полюсов. Если пОля Земли будет мало, то прототип коллайдера может отработать тут, а основной вариант придётся переместить к Юпитеру. Цели получить максимальную эффективность в плане непрерывной работы и сбора огромной статистики - в этом проекте нет. Если коллайдер будет работать хоть по 5 минут раз в 2 недели (подобно Юноне, ныряющей к полюсам планете), то уже хорошо, можно будет прощупать если не детали, то хотя бы сечение p-p столкновений на невиданных энергиях. А там, напомню, хиггсовский взрыв или есть, или нет - и то и другое очень интересно теоретикам. Если привлечь студентов и школьников, то с запуском к 1 апреля 2025г можно управиться. В конце концов после череды разочарований, это чуть ли не единственный вариант для p-p коллайдеров что-то найти до 2055г.
          Ответить
    • Alef > leonid_ge | 03.04.2019 | 11:50 Ответить
      Так в космосе и так ускоритель адронов. Галактиченские космические лучи особо остры, так как их ускорили.

      А тема отличная. В Курилах, обьединить Россию и Японию. Да еще каждому по одной половине колайдера.
      Ответить
      • VICTOR > Alef | 03.04.2019 | 13:15 Ответить
        Главное - не провести рядом шоссе между Японией и РФ.
        Если кто-то не понял, цитирую текст "русского попаданца в ОЯШ":
        "Не смотря на то, что права "молодой научный сотрудник" получил буквально за месяц до покупки автомобиля - водил он, как выяснилось, неплохо. Однако за рулем сильно напрягался - шипя под нос о "неправильной стороне дороги**, к которой никак не мог де привыкнуть и уже в голос грозясь пересесть на вертолет***".
        Ответить
        • Alef > VICTOR | 05.04.2019 | 14:36 Ответить
          В Курилах можно ещё вести обестороное движение. У нашей стороны будет более привычно, хе хе. И уже некакой "по встречной".
          Ответить
  • serg111z  | 04.04.2019 | 13:34 Ответить
    Не сразу догадался, что первоапрельская шутка! Но у меня вопрос к принципу работы электрон-позитронного коллайдера - в нем будут сталкивать электроны с позитронами? Но если я правильно понимаю, у них разный электрический заряд и они должны стремиться к друг другу сами по себе, без приложения внешних сил? Игорь Пьерович, я знаю что Вы не отвечаете просто так, человеку не подготовленному, но может посоветуете литературу, в которой будут хоть немного более понятно изложены основы теории таких столкновений?
    Ответить
    • VICTOR > serg111z | 04.04.2019 | 21:34 Ответить
      Сталкивать частицы "сами по себе" - это может породить 2 или 3 фотона и все.
      Вот нашел презентацию, можете глянуть:
      https://www2.ph.ed.ac.uk/~vjm/Lectures/ParticlePhysics2008_files/March10th2008.pdf
      И более серьёзная статья, можете глянуть пункт 1.5:
      https://arxiv.org/pdf/hep-ex/0509008.pdf
      Ответить
      • serg111z > VICTOR | 05.04.2019 | 11:32 Ответить
        Спасибо большое!
        Ответить
  • miki53  | 04.04.2019 | 13:35 Ответить
    по моему, создавать/строить (с нуля) подобный инструмент, в сейсмоактивной зоне, не самая разумная затея.
    з.ы.: и спасибо, за хохму.
    Ответить
  • Kuzmische  | 17.04.2019 | 23:37 Ответить
    Уверен что коллайдер должен быть пентагональным, с зеркалами-пентаграммами в точках бифуркации...
    Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005–2025 «Элементы»