Фотонные коллайдеры и исследование фундаментальных взаимодействий

разумного компромисса между возможностями лазеров и желательными параметрами коллайдера.

Физическая программа

После того как мы осознали, что создание фотонных коллайдеров вполне реально, центр тяжести наших работ сместился на разработку программы исследований в физике элементарных частиц с помощью этих коллайдеров.

Прежде чем говорить о программе, поговорим о современном состоянии дел.

Важнейшим достижением физики элементарных частиц последнего тридцатилетия явилось создание Стандартной Модели (СМ), включающей теорию электрослабых взаимодействий (которая объединила электродинамику и теорию слабых взаимодействий) и квантовую хромодинамику (КХД) (основу описания взаимодействий, обеспечивающих существование атомных ядер). Эксперименты последних лет убеждают нас в том, что СМ полностью объясняет наблюдаемые явления на доступных до сих пор масштабах расстояний. Новые фундаментальные частицы СМ - W- и Z- бозоны, которые в 100 раз тяжелее протона (но во многих отношениях похожи на фотон; их называют калибровочными бозонами), а также частица, называемая бозоном ^[8]Хиггса. В частности, на коллайдерах LEP и SLC получено около 20 млн Z- бозонов в реакции e⁺e^- ® Z. Это позволило сделать важные выводы о том, что происходит на малых расстояниях. На протонном коллайдере Теватрон зарегистрировано много событий с W-бозоном в условиях с очень сильным фоном (и еще больше событий, тоже с сильным фоном, должно будет наблюдаться на строящемся коллайдере LHC). Десятки тысяч W-бозонов с небольшим фоном будут получены на коллайдере LEP-200 (вторая очередь LEP) в другой реакции e⁺e^-® W⁺W^- уже в ближайшие годы.

Вот некоторые из основных направлений в дальнейших исследованиях.

1. Следует проверить, дает ли СМ хорошее описание множества новых явлений, которые можно будет наблюдать на новых коллайдерах при все больших энергиях.

2. Необходимо описать в рамках СМ все разнообразие состояний, получающихся при разных типах соударений и для новых диапазонов энергий: важно понять, что нужно измерять, чтобы обнаружить сигналы о новых, глубинных взаимодействиях, не укладывающихся в СМ.

Работать в области применения фотонных коллайдеров для решения этих задач мы начали давно [12, 13]. Понемногу в такие исследования стали включаться физики разных стран, и сейчас за год в ведущих журналах мира публикуются сотни работ по этой проблеме. Выяснилось, что фотонные коллайдеры открывают уникальные возможности для исследования физики W- и Z-бозонов, природы нарушения симметрии в электрослабых взаимодействиях (в изучении бозона Хиггса), для обнаружения новых частиц