Füüsikute Unistused: Millised Põrkajad Oleksid Lahedamad Kui Suur Hadron? - Alternatiivne Vaade

Sisukord:

Füüsikute Unistused: Millised Põrkajad Oleksid Lahedamad Kui Suur Hadron? - Alternatiivne Vaade
Füüsikute Unistused: Millised Põrkajad Oleksid Lahedamad Kui Suur Hadron? - Alternatiivne Vaade

Video: Füüsikute Unistused: Millised Põrkajad Oleksid Lahedamad Kui Suur Hadron? - Alternatiivne Vaade

Video: Füüsikute Unistused: Millised Põrkajad Oleksid Lahedamad Kui Suur Hadron? - Alternatiivne Vaade
Video: LPS: Little me (music video) for 600+ subscribers 2024, Märts
Anonim

Kui osakeste füüsikud saavad oma tee kätte, võivad uued kiirendid ühel päeval uurida füüsika kõige uudishimulikumat subatomaatilist osakest, Higgsi bosoni. Kuus aastat pärast selle osakese avastamist Suure Hadroni kokkupõrkes kavandavad füüsikud tohutuid uusi masinaid, mis ulatuvad kümneid kilomeetreid Euroopasse, Jaapanisse või Hiinasse.

Image
Image

Uued põrkajad: millised nad saavad olema

Selle massi päritolu paljastava subatomilise osakese avastamine viis osakeste füüsika üldteooria Standardmudeli valmimiseni. Ja sellest sai ka maailma suurima kiirendi LHC oluline saavutus - ehitati see ju Higgsi bosoni otsimiseks, ehkki mitte ainult.

Nüüd tahavad füüsikud süveneda Higgsi bosoni saladustesse lootuses, et see on võti osakeste füüsika pikaajaliste probleemide lahendamisel. "Higgs on eriline osake," ütleb füüsik Yifang Wang, Pekingi kõrge energiafüüsika instituudi direktor. "Usume, et Higgs on aken tulevikku."

Suur Hadroni kokkupõrge, tuntud ka kui LHC, koosneb 27-kilomeetrisest ringist, mille sees prootonid kiirenevad peaaegu valguse kiiruseni ja põrkuvad miljardeid kordi sekundis, ja on peaaegu jõudnud oma piirini. Higgsi leidmisel tegi ta suurepärast tööd, kuid ta ei sobi üksikasjalikeks uuringuteks.

Seetõttu nõuavad osakestefüüsikud uut osakeste põrkeseadist, mis on spetsiaalselt ette nähtud Higgsi bosonide hunnikute käivitamiseks. Nendele võimsatele uutele masinatele on esitatud mitu disainilahendust ja teadlased loodavad, et need Higgsi tehased võivad aidata leida lahendusi standardmudeli silmatorkavatele nõrkustele.

Reklaamvideo:

"Standardmudel ei ole universumi täielik teooria," ütleb Tel Avivi ülikooli eksperimentaalne osakestefüüsik Galina Abramovitš. Näiteks ei seleta see teooria tumedat ainet - tundmatut ainet, mille mass on vajalik kosmiliste vaatluste, näiteks tähtede liikumise galaktikates arvestamiseks. Samuti ei suuda see selgitada, miks universum koosneb mateeriast, samas kui antimaterjal on äärmiselt haruldane.

Uute kokkupõrgete pooldajad väidavad, et Higgsi bosoni hoolikas uurimine võib teadlasi suunata nende saladuste lahendamise poole. Kuid teadlaste seas ei toeta kõigi soov uute kallite kiirendite järele. Pealegi pole selge, mida täpselt sellised masinad leida võiksid.

Järgmine rida

Esimene rida on Jaapani põhjaosas asuv rahvusvaheline lineaarne põrketiirus. Erinevalt LHC-st, milles osakesed liiguvad ringis, kiirendab MLC sirgjooneliselt kahte osakeste tala otse üksteise peal kogu oma 20-kilomeetrise pikkuse ulatuses. Ja selle asemel, et suruda prootoneid kokku, surub see elektronid ja nende antimaterjalide partnerid positronid.

Jaapani teadusnõukogu interdistsiplinaarne komitee oli aga projekti vastu 2018. aasta detsembris, kutsudes valitsust üles olema selle toetusega ettevaatlik ja mõeldes, kas loodetud teaduse areng õigustab põrkeseadme maksumust, milleks praegu hinnatakse 5 miljardit dollarit.

Pooldajad väidavad, et MLK plaanil põrutada elektronid ja prootonid asemel prootonid on mitu suurt eelist. Elektronid ja positronid on elementaarosakesed, see tähendab, et neil ei ole väiksemaid komponente ja prootonid koosnevad väiksematest osakestest - kvarkidest. See tähendab, et prootonite kokkupõrked on kaootilisemad ja tekitavad enam kasutu osakeste prahi, millest tuleb läbi sõeluda.

Image
Image

Lisaks satub prootonite kokkupõrgetes tegelikult ainult osa iga prootonite energiast, samas kui elektron-positroniga põrkudes annavad osakesed kogu energia kokkupõrkesse. See tähendab, et teadlased saavad kokkupõrke energiat häälestada, et maksimeerida toodetud Higgsi bosonide arvu. Samal ajal vajaks MLK Higgsi bosonide tootmiseks vaid 250 miljardit elektronvolti, võrreldes LHC-ga 13 triljonit elektronvolti.

MLK-s "on andmete kvaliteet palju parem," ütleb osakestefüüsik Lyn Evans Genfi CERN-ist. Üks 100-st MLK-i kokkupõrkest tekitab Higgsi bosoni, LHC-s juhtub see aga kord 10 miljardi kokkupõrke korral.

Jaapani valitsus peaks eeldatavasti tegema otsuse kokkupõrke kohta märtsis. Evans ütleb, et kui MLK heaks kiidetakse, kulub selle ehitamiseks umbes 12 aastat. Hiljem saab kiirendit ka uuendada, et suurendada energiat, kuhu see jõuab.

CERNil on kavas ehitada sarnane masin, Compact Linear Collider (CLIC). See põrkub ka elektrone ja postroneid, kuid suurema energiaga kui MLK. Selle energia algab 380 miljardist elektronvolti ja tõuseb värskenduste seerias 3 triljonini elektronvoltini. Nende kõrgemate energiate juurde jõudmiseks tuleb välja töötada uus osakeste kiirendamise tehnoloogia, mis tähendab, et CLIC ei ilmu MLK-i ette, ütles Evans, kes juhib mõlema projekti teaduskoostööd.

Jooksmine ringis

Kaks ülejäänud kavandatud kokkupõrget, Hiinas ja Euroopas, on sama ümmargused kui LHC, kuid palju suuremad: kummagi ümbermõõt on 100 kilomeetrit. See on piisavalt suur ring, et Liechtensteini riik kaks korda ümber teha. See on praktiliselt Moskva ringtee pikkus.

Ümmargune elektron-positron-põrketipp, mille ehitusplatsi Hiinas pole veel kindlaks tehtud, põrkub vastavalt novembris ametlikult avalikustatud ja Wangi ning kõrge energiafüüsika instituudi toetatud kontseptuaalse plaani kohaselt 240 miljardit elektronvolti elektroni ja positroni vahel. Seda kiirendit võiks hiljem täiendada, et põrkuda suure energiatarbega prootoneid. Teadlaste sõnul võiksid nad selle 5–6 miljardi dollarise masina ehitamisega alustada 2022. aastaks ja selle 2030. aastaks valmis teha.

Ja CERN-is hakkab kavandatav tuleviku ümmargune kollideerija, BKK, toimima ka järk-järgult, põrkudes elektrone posronide ja hilisemate prootonitega. Lõppeesmärk on saavutada prootonite kokkupõrked 100 triljoni elektronvolti juures, mis on LHC energiast enam kui seitse korda suurem.

Image
Image

Vahepeal on teadlased LHC kaheks aastaks kinni pannud, täiustades masinat suurema energia saamiseks. 2026. aastal alustab tööd suure helendusega LHC, mis suurendab prootoni kokkupõrgete sagedust vähemalt viis korda.

Higgsi portree

LHC ehitamisel olid teadlased piisavalt enesekindlad, et leida Higgsi boson sellega. Kuid uute masinate puhul pole selge, milliseid uusi osakesi otsida. Nad loetlevad lihtsalt, kui tugevalt Higgs interakteerub teiste teadaolevate osakestega.

Higgsi interaktsioonide mõõtmine võib kinnitada standardmudeli ootusi. Kuid kui tähelepanekud erinevad ootustest, võib lahknevus kaudselt näidata millegi uue olemasolu, näiteks osakesi, mis moodustavad tumeda aine.

Mõned teadlased loodavad, et juhtub midagi ootamatut. Kuna Higgsi boson ise on mõistatus: need osakesed kondenseeruvad melassilaadseks vedelikuks. Miks? Meil pole aimugi, ütleb Stanfordi ülikooli osakeste teoreetik Michael Peskin. See vedelik tungib universumisse, aeglustades osakesi ja andes neile kaalu.

Teine mõistatus on see, et Higgsi mass on miljon miljardit vähem, kui arvatakse. See veidrus võib näidata, et on ka teisi osakesi. Teadlased arvasid varem, et suudavad Higgsi probleemile vastata supersümmeetriateooria abil - kaashäälikul, mille igal osal on raskem partner. Kuid seda ei juhtunud, sest LHC ei leidnud supersümmeetriliste osakeste jälgi.

Tulevased põrkajad võivad endiselt leida tõendeid supersümmeetria kohta või vihjata muul viisil uutele osakestele, kuid seekord teadlased lubadusi ei anna. Nüüd on nad hõivatud prioriteetide väljatöötamisega ja argumentide esitamisega uute põrkumiste ja muude osakeste füüsika katsete kasuks. Üks on kindel: väljapakutud kiirendid uurivad tundmatut territooriumi ettearvamatute tulemustega.

Ilja Khel

Soovitatav: