В последние полвека эксперименты на коллайдерах были основным методом познания законов природы, изучения строения и свойств материи. Были открыты кварки, лептоны, бозоны, создана теория, описывающая их взаимодействия и превращения. В 2012 году на протон-протонном коллайдере LHC был найден хиггсовский бозон, квант поля, в результате взаимодействия с которым элементарные частицы приобретают массы. Однако, очень многое еще остается непонятным. Для продвижения вперед планируется строительство новых коллайдеров, которые позволят глубже понять природу уже открытых явлений и, если повезет, открыть новые явления, выходящие за рамки существующих знаний.
В настоящее время разрабатывается несколько проектов новых коллайдеров:
- линейные е+е- коллайдеры ILC и CLIC на энергию до 2Е=1 и 3 ТэВ, соответственно. Ввиду однократности использования пучков в линейных коллайдерах их можно превратить (путем комптоновского рассеяния лазерных фотонов на электронах) в фотонные коллайдеры (γe, γγ) с примерно такой же энергией и светимостью. Длина этих коллайдеров будет составлять 40-50 км.
- циклические e+e- коллайдеры на энергию 2E=250-350 ГэВ, позволяющие детально изучить хиггсовский бозон и топ-кварка. Максимальная энергия этих коллайдеров ниже, чем линейных, ввиду синхротронного излучения при движении по кругу. Периметр колец будет составлять 80-100 км. В будущем в них предполагается разместить протонные коллайдеры на энергию 100 ТэВ (в 7 раз выше, чем в LHC).
- Мюонные коллайдеры на энергию от 100 ГэВ до 100 ТэВ. Мюоны имеют массу в 200 раз больше, чем электроны, поэтому мало излучают, и их можно разгонять и сталкивать в кольцевых коллайдерах. Сделать такой коллайдер непросто, т.к. мюоны нестабильные частицы, их нужно сначала получить и охладить, что является наиболее трудной задачей.
Линейные коллайдеры разрабатываются с 1980 годов, и проект ILC уже почти готов к реализации (в Японии). Решение о начале его строительства откладывается до 2018 года, когда LHC наберет данные на полной энергии 2E=14 ТэВ, и станет яснее, есть ли новая физика (например, частицы «темной материи») в этой области энергий. Если окажется, что кроме хиггсовского бозона на LHC ничего не обнаружат, то в 2018 г ЦЕРН может принять решение о строительстве больших циклических e+e- и pp коллайдеров. Китай также имеет планы создания такого коллайдера и может оказаться впереди. Мюонные коллайдеры, предложенные еще в 60-70 годах Г.И. Будкером, разрабатываются сейчас, в основном, в США, в лаб. Ферми. Конкретных планов строительства пока нет, но направление весьма перспективное.
Совместная ИЯФ-НГУ лаборатория ЛРНПКВЭ создана в 2014 г в рамках программы Топ-100. Ее руководитель, проф. В.И. Тельнов, принимает участие во всех перечисленных проектах с самого начала их возникновения, внес большой вклад в разработку концепций этих коллайдеров, является автором идеи фотонного коллайдера и лидером по его разработке. Задачей лаборатории является участие во всех аспектах исследованиях по данной тематике: разработка коллайдеров, детекторов и физической программы, а в перспективе, участие в экспериментах на этих коллайдерах.
