Kaip išeiti iš fizikos aklavietės?
Naujos kartos dalelių greitintuvas kainuos milijardus dolerių. Planuojama tokius įrenginius statyti Europoje ir Kinijoje, tačiau mokslininkai abejoja, ar tai prasminga. Galbūt turėtume ieškoti naujo eksperimentavimo ir tyrimo būdo, kuris leistų pasiekti proveržį fizikoje?
Standartinis modelis buvo ne kartą patvirtintas, taip pat ir Didžiajame hadronų greitintuve (LHC), tačiau jis nepateisina visų fizikos lūkesčių. Jis negali paaiškinti tokių paslapčių kaip tamsiosios materijos ir tamsiosios energijos egzistavimas arba kodėl gravitacija taip skiriasi nuo kitų pagrindinių jėgų.
Moksle, kuris tradiciškai sprendžia tokias problemas, yra būdas patvirtinti arba paneigti šias hipotezes. papildomų duomenų rinkimas – šiuo atveju iš geresnių teleskopų ir mikroskopų, o gal ir iš visiškai naujo, dar didesnio super buferis kuri sukurs galimybę būti atrastam supersimetriškos dalelės.
2012 m. Kinijos mokslų akademijos Didelės energijos fizikos institutas paskelbė planą pastatyti milžinišką superskaitiklį. Planuojama Elektronų pozitronų greitintuvas (CEPC) jo perimetras būtų apie 100 km, beveik keturis kartus didesnis nei LHC (1). Reaguodama į tai, 2013 m. LHC operatorius, ty CERN, paskelbė savo planą dėl naujo susidūrimo įrenginio, vadinamo Ateities žiedinis greitintuvas (FCC).
1. Planuojamų CEPC, FCC ir LHC greitintuvų dydžių palyginimas.
Tačiau mokslininkai ir inžinieriai domisi, ar šie projektai bus verti milžiniškų investicijų. Chen-Ning Yang, Nobelio premijos laureatas dalelių fizikos srityje, prieš trejus metus savo tinklaraštyje kritikavo supersimetrijos pėdsakų paieškas naudojant naują supersimetriją ir pavadino tai „spėjimo žaidimu“. Labai brangus spėjimas. Jam antrino daugelis mokslininkų Kinijoje, o Europoje mokslo šviesuoliai ta pačia dvasia kalbėjo apie FCC projektą.
Apie tai Gizmodo pranešė Frankfurto Pažangių studijų instituto fizikė Sabine Hossenfelder. -
Projektų, skirtų sukurti galingesnius kolaiderius, kritikai pastebi, kad situacija skiriasi nuo tada, kai jis buvo pastatytas. Tuo metu buvo žinoma, kad mes net ieškojome Bogs Higgsas. Dabar tikslai yra mažiau apibrėžti. Ir tyla apie eksperimentų, atliktų Didžiojo hadronų greitintuvo, patobulinto siekiant pritaikyti Higgso atradimą, rezultatuose – be jokių proveržių nuo 2012 m. – yra šiek tiek grėsminga.
Be to, yra gerai žinomas, bet galbūt ne universalus faktas viskas, ką žinome apie LHC eksperimentų rezultatus, gaunama iš analizės tik apie 0,003% tada gautų duomenų. Mes tiesiog negalėjome daugiau. Neatmetama galimybė, kad atsakymų į mus persekiojančius didžiuosius fizikos klausimus jau yra 99,997%, kurių nesvarstėme. Tad gal reikia ne tiek sukurti dar vieną didelę ir brangią mašiną, kiek rasti būdą, kaip išanalizuoti kur kas daugiau informacijos?
Tai verta pagalvoti, juolab kad fizikai tikisi iš automobilio išspausti dar daugiau. Dėl neseniai prasidėjusios dvejų metų prastovos (vadinamoji) kolideris bus neaktyvus iki 2021 m., todėl bus galima atlikti techninę priežiūrą (2). Tada jis pradės veikti panašia arba šiek tiek didesne energija, o 2023 m. bus atliktas esminis atnaujinimas, kurį planuojama baigti 2026 m.
Šis atnaujinimas kainuos milijardą dolerių (pigu, palyginti su planuojama FCC kaina), o jo tikslas – sukurti vadinamąjį. Didelis šviesumas-LHC. Iki 2030 m. tai gali dešimt kartų padidinti susidūrimų, kuriuos automobilis įvyksta per sekundę, skaičių.
2. LHC remonto darbai
tai buvo neutrinas
Viena iš dalelių, kurios nebuvo aptikta LHC, nors ir tikėtasi, kad taip bus Wimp (-silpnai sąveikaujančios masyvios dalelės). Tai hipotetinės sunkiosios dalelės (nuo 10 GeV / s² iki kelių TeV / s², o protonų masė yra šiek tiek mažesnė nei 1 GeV / s²), sąveikaujančios su matoma medžiaga jėga, panašia į silpnąją sąveiką. Jie paaiškintų paslaptingą masę, vadinamą tamsiąja medžiaga, kuri Visatoje yra penkis kartus dažniau nei įprasta medžiaga.
LHC šiuose 0,003 % eksperimentinių duomenų WIMP nerasta. Tačiau tam yra pigesnių būdų – pvz. XENON-NT eksperimentas (3), didžiulė skysto ksenono cisterna giliai po žeme Italijoje ir šiuo metu tiekiama į tyrimų tinklą. Kitoje didžiulėje ksenono talpykloje, LZ Pietų Dakotoje, paieškos prasidės jau 2020 m.
Kitas eksperimentas, susidedantis iš itin jautrių ultrašaltų puslaidininkinių detektorių, vadinamas SuperKDMS SNOLAB, pradės įkelti duomenis į Ontariją 2020 m. pradžioje. Taigi tikimybė pagaliau „sušauti“ šias paslaptingas daleles 20 amžiaus XNUMX-ajame dešimtmetyje didėja.
Wimps nėra vienintelės tamsiosios medžiagos kandidatės, kurių siekia mokslininkai. Vietoj to, eksperimentai gali sukurti alternatyvias daleles, vadinamas aksionais, kurių negalima tiesiogiai stebėti kaip neutrinų.
Labai tikėtina, kad kitas dešimtmetis priklausys atradimams, susijusiems su neutrinais. Jos yra vienos iš gausiausių dalelių visatoje. Tuo pačiu vienas iš sunkiausiai tiriamų, nes neutrinai labai silpnai sąveikauja su įprasta medžiaga.
Mokslininkai jau seniai žinojo, kad šią dalelę sudaro trys atskiri vadinamieji skoniai ir trys atskiros masės būsenos, tačiau jos visiškai nesutampa su skoniais, o kiekvienas skonis yra trijų masės būsenų derinys dėl kvantinės mechanikos. Tyrėjai tikisi išsiaiškinti tikslias šių masių reikšmes ir jų atsiradimo tvarką, kai jas derinant sukuria kiekvienas aromatas. Tokie eksperimentai kaip KATERYNA Vokietijoje jie turi rinkti duomenis, reikalingus šioms vertėms nustatyti ateinančiais metais.
3. XENON-nT detektoriaus modelis
Neutrinai turi keistų savybių. Pavyzdžiui, keliaudami erdvėje jie tarsi svyruoja tarp skonių. Ekspertai iš Jiangmen požeminė neutrinų observatorija Kinijoje, kuri, kaip tikimasi, kitais metais pradės rinkti duomenis apie netoliese esančių atominių elektrinių išmetamus neutrinus.
Yra tokio tipo projektas Super Kamiokandė, stebėjimai Japonijoje vyksta jau seniai. JAV pradėjo statyti savo neutrinų bandymų vietas. LBNF Ilinojaus valstijoje ir eksperimentas su neutrinais gylyje KOPOS Pietų Dakotoje.
1,5 milijardo JAV dolerių vertės kelių šalių finansuojamas LBNF/DUNE projektas turėtų prasidėti 2024 m., o visiškai pradėti veikti iki 2027 m. Kiti eksperimentai, skirti atskleisti neutrino paslaptis AVENUE, Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje Tenesyje ir trumpa bazinė neutrinų programa, Fermilab mieste, Ilinojaus valstijoje.
Savo ruožtu projekte Legend-200, Bus tiriamas reiškinys, žinomas kaip dvigubas beta skilimas be neutrinų, kurį planuojama atidaryti 2021 m. Daroma prielaida, kad du neutronai iš atomo branduolio vienu metu skyla į protonus, kurių kiekvienas išmeta po elektroną ir , susiliečia su kitu neutrinu ir sunaikina.
Jei tokia reakcija egzistuotų, tai būtų įrodymas, kad neutrinai yra jų pačių antimedžiaga, netiesiogiai patvirtinant kitą teoriją apie ankstyvąją visatą – paaiškinant, kodėl materijos yra daugiau nei antimedžiagos.
Fizikai taip pat nori pagaliau pažvelgti į paslaptingą tamsiąją energiją, kuri prasiskverbia į erdvę ir skatina visatą plėstis. Tamsiosios energijos spektroskopija Įrankis (DESI) pradėjo veikti tik praėjusiais metais ir turėtų būti paleistas 2020 m. Didelis sinoptinio tyrimo teleskopas Čilėje, kurią bando Nacionalinis mokslo fondas/Energetikos departamentas, visavertė tyrimų programa naudojant šią įrangą turėtų prasidėti 2022 m.
Kitoje pusėje (4), kuriam buvo lemta tapti praėjusio dešimtmečio įvykiu, ilgainiui taps dvidešimtmečio herojumi. Be planuojamų paieškų, jis prisidės prie tamsiosios energijos tyrimo, stebint galaktikas ir jų reiškinius.
4. James Webb teleskopo vizualizacija
Ko mes paklausime
Sveiku protu, kitas dešimtmetis fizikoje nebus sėkmingas, jei po dešimties metų užduosime tuos pačius neatsakytus klausimus. Bus daug geriau, kai gausime norimus atsakymus, bet ir tada, kai iškils visiškai nauji klausimai, nes negalime tikėtis situacijos, kai fizikai kada nors pasakys: „Aš nebeturiu klausimų“.
