Карманный коллайдер — почти реальность

Новый метод разгона элементарных частиц использует длину разбега всего в несколько десятков сантиметров.

В настоящее время ускорители заряженных частиц имеют огромные размеры. Так, длина основного кольца Большого адронного коллайдера составляет 26659 метров. А ускоритель проектируемого международного линейного коллайдера, который предполагается построить на юге Японии в середине 2020-х гг., и того больше — 31 км (возможен вариант до 50 км). В свою очередь ученые Поднебесной планируют построить коллайдер с длиной разгонного пути 52 км. Европа и США не намерены отставать, выдвигая идеи разгонного пути в 100 км (суперпротонный коллайдер). Создание ускорителей подобных размеров сопряжено с миллиардными расходами и другими сложностями. Так, разгоняющие магниты охлаждаются с помощью жидкого гелия до очень низких температур, близких к абсолютному нулю (-271 oС). Требуется жесточайший вакуум внутри, для чего нужны вакуумные насосы. В результате, например, на Большом адронном коллайдере скорость частиц, имеющих совокупную массу около нанограмма, всего на 3 метра в секунду уступает скорости света. Однако, считают ученые, добиться необходимой скорости можно и на гораздо более скромных дистанциях. И поможет в этом не просто электромагнитное поле, а плазма.

В частности, в National Accelerator Laboratory (Национальная лаборатория по ускорению Стэнфордского университета, США) разрабатывается принципиально новый метод разгона, который позволит создавать гораздо более компактные ускорители. В обычных ускорителях разгон ведется в вакууме с низкой энергетической плотностью, поэтому и требуются огромные расстояния и время. В мини-ускорителе (в настоящее время функционирует модель длиной всего 30,5 см) процесс проходит в трубке, заполненной водородом, нагретым до высоких температур. Новый подход получил название «ускорение в плазменном кильватере» (plasma wakefield acceleration).

Миниатюрные коллайдеры могут найти неожиданное применение, например, в медицине для выполнения лучевой терапии. Возможен взрыв открытий и в области физики высоких энергий, ибо почти каждая лаборатория сможет найти место для подобного коллайдера.