Большой Адронный Коллайдер (БАК), самый мощный на сегодняшний день в мире ускоритель частиц, относительно недавно начал работать на пользу земной науки и еще даже не вышел на полную мощность. Невзирая на это ученые уже сейчас начали планирование сооружения преемника БАК – Международного Линейного Коллайдера (International Linear Collider, ILC). По предварительным расчетам, сооружение ILC обойдется в сумму от 10 до 20 миллиардов долларов, а располагаться этот ускоритель-коллайдер будет вероятнее всего в Японии.

Большой Адронный Коолайдер предназначен для разгона частиц-адронов до огромных скоростей (энергий) и сталкивания их друг с другом. Адроны – это частицы, состоящие из других частиц, к примеру, протон состоит из трех кварков, двух верхних кварков и одного нижнего кварка, которые скрепляются между собой при помощи глюонов. Кольцевая структура БАК позволяет эффективно разгонять частицы-адроны до огромных скоростей, при этом, энергетические затраты остаются на приемлемом уровне.

Проблема кольцевой структуры ускорителя заключается в том, что ее нельзя эффективно использовать для разгона волновых и малых частиц, таких как электроны. Причины этого очень сложны, но самой главной из них является возникновение так называемого синхротронного излучения (или магнитно-тормозного излучения) при движении волновых частиц по кругу. На это излучение, которое лежит в области жесткого рентгена электромагнитного спектра, тратится львиная доля энергии, закачиваемой в ускоритель.

Количество потерь энергии на синхротронное излучение уменьшаются при увеличении массы разгоняемых частиц, поэтому для БАК, который оперирует протонами, ядрами свинца и другими тяжелыми частицами, синхротронное излучение не является значимой проблемой. Но уже с такими частицами, как электрон, масса которого в 1836 раз меньше массы протона, синхротронное излучение становится настоящей проблемой.

Поэтому, для ускорения легких частиц, таких как электроны и позитроны, вместо кольцевых ускорителей используют линейные ускорители, ускорители, в которых разгоняемые частицы движутся по прямой линии. Но, в связи с тем, что у разгоняемой частицы есть только одна возможность «пробежать» дистанцию линейного ускорителя, мощности таких ускорителей не могут даже приблизиться к мощностям кольцевых ускорителей.

К примеру, когда Большой Адронный Коллайдер в 2014 году войдет в строй после модернизации, энергия столкновений будет поднята до отметки в 14 ТэВ, а энергия линейного коллайдера ILC достигнет пикового уровня в 500 ГэВ даже при длине его разгонной части в 31 километр.

С учетом всего вышесказанного возникает логичный вопрос, зачем тратить кучу денег и усилий на создание ускорителя, мощность которого в 28 раз ниже мощности уже существующего ускорителя? Ответ на это достаточно прост.

Когда в кольцевом ускорителе «разбиваются» адроны, частицы, состоящие из других частиц, львиная доля энергии столкновения передается более маленьким частицам, которые разлетаются, сталкиваются и «разбиваются» тоже. Поэтому иногда становится очень сложно или практически невозможно что-либо выяснить или отыскать следы новой частицы в этой мешанине, в этой «каше» из частиц и излучений. Поэтому ускорение и «разбивание» простых частиц может обеспечить более чистые эксперименты, в которых интересующие явления не будут «захламлены» побочными явлениями и их шумами.

Таким образом, линейный ускоритель ILC будет являться чем-то вроде «хирургического скальпеля» ядерной физики. Когда на БАК или другом ускорителе будет обнаружено что-либо интересное, к примеру, новая частица, ускоритель ILC позволит провести точные и тонкие измерения массы этой частицы, ее заряда, момента вращения и другие характеристики. Вполне вероятно, что именно линейный ускоритель позволит впервые зарегистрировать и изучить «суперсимметричные» частицы темной материи, которые, вполне возможно, и рождаются в недрах коллайдера БАК, но зарегистрировать и выделить их там совершенно невозможно.

В настоящее время Япония является наиболее подходящим кандидатом на роль страны, в которой будет создан ускоритель ILC, благодаря тому, что Япония готова покрыть половину всех расходов, в то время, как США и Европа испытывают большие финансовые трудности.

В настоящее время уже разработан основной дизайн конструкции линейного ускорителя ILC, но до того момента, когда будет принято решение о начале и месте его строительства пройдет еще минимум несколько лет, от семи до десяти лет. Согласно предварительным планам, первое включение линейного ускорителя ILC запланировано на 2025 год или на более поздний срок.