Четко обрисован научный потенциал будущего коллайдера ILC

На днях в архиве е-принтов появился 52-страничный обзор The Potential of the ILC for Discovering New Particles (arXiv:1702.05333) за авторством очень представительного коллектива физиков. Этот обзор посвящен научному потенциалу будущего линейного электрон-позитронного коллайдера ILC. По сути, это выжимка из сотен опубликованных к настоящему моменту теоретических исследований того, какие научные результаты следует ожидать от этого коллайдера в том или ином сценарии развития физики частиц.

Напомним, что проект линейного электрон-позитронного коллайдера ILC — это лидирующая на сегодня кандидатура на следующий ключевой ускорительный комплекс, который придет на смену Большому адронному коллайдеру. Базовая схема ILC — это длинный, под 50 км, линейный ускоритель электронов и позитронов с суммарной энергией 500 ГэВ. Технологии для этого ускорителя уже давно готовы, и даже выделена площадка под него на территории Японии. Дело осталось за малым: для финансирующих организаций — договориться о вкладах разных стран, а для самих физиков — решиться на этот проект в нынешней ситуации, когда Новая физика еще не открыта. Несмотря на намного более скромную по сравнению с LHC энергию, этот ускоритель будет проводить столкновения в исключительно чистых условиях, без того огромного фона из сотен посторонних адронов, который сильно портит жизнь на LHC. Как следствие, многие важные величины будут измерены на ILC намного точнее, чем на LHC. А это значит, что, сравнив их с предсказаниями Стандартной модели, физики смогут заглянуть еще дальше по шкале энергий и попытаться обнаружить Новую физику.

Представленный обзор перечисляет, на каких именно величинах следует сфокусироваться и какую выгоду по сравнению с LHC можно будет получить. Прежде всего, это тщательное изучение свойств хиггсовского бозона; фактически, ILC будет настоящей фабрикой хиггсовских бозонов. Если на LHC вероятности основных процессов с их участием известны с 20–50-процентной точностью, то на ILC точность улучшится примерно до 1%. Также на ILC станет впервые доступна для измерения важнейшая характеристика хиггсовского бозона: его взаимодействие с самим собой. Есть попытки разглядеть этот процесс и на LHC, но при нынешней статистике это остается безнадежным занятием. Важность этого измерения в том, что он косвенно позволит узнать, как в ранней горячей Вселенной происходил электрослабый фазовый переход, а через него — как возникла асимметрия между веществом и антивеществом в нашей Вселенной.

Очень чистые эксперименты позволят заметить даже очень слабые отклонения от СМ. Так, если в природе существуют новые взаимодействия с тяжелыми частицами-переносчиками, то ILC их косвенно обнаружит вплоть до массы 12 ТэВ. Также на ILC открывается широкий спектр возможностей для открытия суперсимметрии в тех вариантах этой теории, которые не удастся увидеть на LHC из-за огромного адронного фона. Появляются и новые возможности для коллайдерного обнаружения частиц темной материи — и даже их детального изучения, если они будут открыты.

Все эти оценки приведены в обзоре для трех сценариев развития событий в ближайшие годы: когда LHC находит новые сравнительно легкие частицы, новые тяжелые частицы или не находит ничего нового. Как сложится ситуация в реальности, мы пока не знаем. Ключевыми тут станут ближайшие лет 6–7. К этому моменту завершится сеанс LHC Run 3, и коллайдер будет остановлен на несколько лет для перехода к новой фазе — LHC на высокой светимости. В зависимости от результатов LHC станет ясно, насколько оправдано будет вложение средство в ILC по сравнению с альтернативными ускорительными проектами.

21.02 | Технические аспекты LHC, Запуск и работа LHC, Модернизация LHC |