عام

أحلام الفيزيائيين: أي مصادمات ستكون أكثر انحدارا من الهادرون الكبير؟

إذا نجح فيزيائي الجسيمات الأولية ،في يوم من الأيام ، سيكون بمقدور المعجلات الجديدة استكشاف أكثر الجسيمات دون الذرية فضولية في الفيزياء - بوسون هيجز. بعد ستة أعوام من اكتشاف هذا الجسيم في مصادم هادرون الكبير ، يخطط الفيزيائيون لإنشاء آلات ضخمة جديدة تمتد على بعد عشرات الكيلومترات في أوروبا أو اليابان أو الصين.

مصادمون جدد: ماذا سيكونون؟

اكتشاف هذا الجسيمات دون الذرية التييكشف أصل الكتلة ، أدى إلى الانتهاء من النموذج القياسي - نظرية شاملة لفيزياء الجسيمات الأولية. وأصبح أيضًا إنجازًا هامًا بالنسبة لشركة LHC ، التي تعد حاليًا أكبر مسرع في العالم - بعد كل شيء ، كان البحث عن بوسن هيجز ، على الرغم من أنه لم يتم بناؤه فقط.

الآن يريد الفيزيائيون الخوض في أسرار البوسونهيغز على أمل أن يكون هو المفتاح لحل المشاكل الطويلة الأمد لفيزياء الجسيمات. يقول الفيزيائي إيفانغ وانغ ، مدير معهد فيزياء الطاقة العالية في بكين: "إن هيغز جسيم خاص". "نعتقد أن هيغز هي نافذة للمستقبل".

مصادم هادرون الكبير ، ويعرف أيضًا باسم BAKمن حلقة يبلغ طولها 27 كيلومتراً ، والتي يتسارع داخلها البروتونات تقريبًا إلى سرعة الضوء وتصطدم بلايين المرات في الثانية ، وصلت إلى الحد الأقصى لقدراتها تقريبًا. لقد قام بعمل ممتاز مع اكتشاف هيجز ، لكنه غير مناسب لأبحاثه المفصلة.

لذلك ، فيزيائي الجسيمات الأولية تتطلب جديدةمصادم الجسيمات ، المصممة خصيصا لإطلاق أكوام من بوز هيجز. تم اقتراح العديد من المشروعات لهذه الآلات الجديدة القوية ، ويأمل العلماء أن تساعد مصانع Higg هذه في إيجاد حلول لنقاط الضعف الصارخة في النموذج القياسي.

"النموذج القياسي ليس نظرية كاملةتقول جالينا أبراموفيتش ، مجربة فيزياء الجسيمات من جامعة تل أبيب ، "الكون". على سبيل المثال ، لا تفسر هذه النظرية المادة المظلمة ، وهي مادة مجهولة الهوية ، وكتلتها ضرورية لتفسير الملاحظات الكونية ، مثل حركات النجوم في المجرات. كما أنه لا يفسر سبب كون الكون من المادة ، في حين أن المادة المضادة نادرة للغاية.

أنصار مصادمات جديدة تدعي ذلكدراسة شاملة لبوسون هيجز يمكن أن تقود العلماء إلى حل هذه الألغاز. لكن بين العلماء ، لا يتم دعم السعي وراء مسرعات جديدة مرتفعة الثمن. بالإضافة إلى ذلك ، ليس من الواضح ما الذي يمكن أن تجده بالضبط هذه الآلات.

التالي في الخط

الأول في الخط هو الخطي الدوليمصادم في شمال اليابان. على النقيض من LHC ، التي تتحرك الجسيمات في حلقة ، تسرع MLK حزمتين من الجسيمات في خط مستقيم ، مباشرة عند بعضها البعض ، بطولها 20 كم. وبدلاً من دفع البروتونات معًا ، يدفع الإلكترونات وشركائها في المادة المضادة ، البوزيترونات.

ومع ذلك ، في ديسمبر 2018 ، متعددة التخصصاتعارضت لجنة من المجلس العلمي الياباني هذا المشروع ، وحثت الحكومة على توخي الحذر من دعمها وتساءلت عما إذا كانت الإنجازات العلمية المتوقعة تبرر تكلفة المصادم ، والتي تقدر حاليا بنحو 5 مليارات دولار.

يجادل أنصار خطة MLK لالاصطدام بين الإلكترونات والبوزيترونات ، وليس البروتونات ، له عدد من المزايا الرئيسية. الإلكترونات والبوزيترونات هي جزيئات أولية ، أي أنها لا تحتوي على مكونات أصغر ، وتتكون البروتونات من جزيئات أصغر - كواركات. وهذا يعني أن اصطدامات البروتون ستكون أكثر تشويشًا وستحدث المزيد من حطام الجسيمات عديمة الفائدة التي يجب غربلها.

بالإضافة إلى ذلك ، في اصطدام البروتون فقطتقع بعض طاقة كل بروتون فعليًا في تصادم ، بينما في مصادم الإلكترون - بوزيترون ، تنقل الجسيمات إجمالي الطاقة إلى تصادم. هذا يعني أنه يمكن للعلماء ضبط طاقة الاصطدام لتعظيم عدد بوزونات هيغز المنتجة. في الوقت نفسه ، سوف يتطلب MLK فقط 250 مليار إلكترون فولت لإنتاج بوز هيغز ، مقارنة مع 13 تريليون إلكترون فولت في LHC.

في MLK ، "جودة البيانات المستلمة ستكون كبيرةأعلاه ، "يقول لين إيفانز ، فيزيائي الجسيمات الأولية من جنيف سيرن. واحد من كل 100 اصطدام على MLK سوف ينتج بوسون هيجز ، بينما يحدث في LHC كل 10 مليارات تصادم.

من المتوقع أن تتخذها الحكومة اليابانيةقرار المصادم في مارس. يقول إيفانز إنه إذا تمت الموافقة على MLK ، فسيستغرق الأمر حوالي 12 عامًا. في وقت لاحق ، يمكن أيضًا ترقية المسرع لزيادة الطاقة التي يمكنه تحقيقها.

لدى CERN خطط لإنشاء آلة مماثلة -المصادم الخطي المضغوط (CLIC). سوف تصطدم أيضا الإلكترونات والبوزيترونات ، ولكن في الطاقات أعلى من MLK. ستبدأ طاقتها من 380 مليار إلكترون فولت إلى 3 تريليون إلكترون فولت في سلسلة من الترقيات. من أجل تحقيق هذه الطاقات الأعلى ، من الضروري تطوير تقنية جديدة لتسريع الجسيمات ، مما يعني أن CLIC لن تظهر بوضوح أمام MLK ، كما يقول إيفانز ، الذي يرأس تعاون الباحثين من كلا المشروعين.

تشغيل الدائرة

اثنين من المصادمات الأخرى المخطط لها في الصين وأوروبا ، ستكون مستديرة ، مثل LHC ، ولكن أكثر من ذلك بكثير: كل دائرة 100 كيلومتر. هذه دائرة كبيرة بما يكفي لمضاعفة بلد ليختنشتاين. هذا هو عمليا طول الطريق الدائري في موسكو.

دائري مصادم الإلكترون - بوزيترون ، المكانالذي لم يتم تحديده بعد في الصين ، سيدفع الإلكترونات والبوزيترونات إلى 240 مليار إلكترون فولت ، وفقًا لخطة مفاهيمية تم تقديمها رسميًا في نوفمبر وحمايتها من قبل فان ومعهد فيزياء الطاقة العالية. يمكن بعد ذلك ترقية هذا المسرع لدفع البروتونات في الطاقات العالية. يقول العلماء إن بإمكانهم البدء في بناء هذا الجهاز ، بقيمة 5-6 مليارات دولار بحلول عام 2022 ، واستكماله بحلول عام 2030.

وفي سيرن تعميم المستقبل المقترحالمصادم ، BKK ، سوف يدخل حيز التنفيذ على مراحل ، حيث يصطدم بالإلكترونات مع البوزيترونات والبروتونات اللاحقة. سيكون الهدف النهائي هو تحقيق تصادمات البروتون عند 100 تريليون فولت إلكتروني ، أي أكثر من سبعة أضعاف طاقة المصادم LHC.

وفي الوقت نفسه ، أغلق العلماء BAC لمدة عامين ،رفع مستوى الجهاز للعمل في طاقة أعلى. في عام 2026 ، ستعمل أداة BAC ذات اللمعان العالي ، مما يزيد من تكرار تصادم البروتون خمس مرات على الأقل.

هيغز صورة

عندما تم بناء LHC ، كان العلماء كافيينتأكد من العثور على بوس هيغز معها. ولكن مع السيارات الجديدة ، ليس من الواضح ما الذي تبحث عنه جزيئات جديدة. سوف يقومون ببساطة بفهرسة مقدار تفاعل هيغز مع الجزيئات المعروفة الأخرى.

يمكن أن تؤكد قياسات تفاعل هيغزتوقعات نموذج الاستعداد. ولكن إذا كانت الملاحظات مختلفة عن التوقعات ، فقد يشير التباين بشكل غير مباشر إلى وجود شيء جديد ، مثل الجزيئات التي تشكل المادة المظلمة.

يأمل بعض العلماء حدوث شيء ما.غير متوقع. لأن بوسون هيغز نفسه هو لغز: تتكثف هذه الجزيئات في سائل ، على غرار دبس السكر. لماذا؟ يقول فيزيائي الجسيمات مايكل بيسكين من جامعة ستانفورد ، ليست لدينا أي فكرة. هذا السائل يتخلل الكون ، ويبطئ الجسيمات ويعطيهم الوزن.

لغز آخر هو أن الكتلةهيغز أقل بمليون مليار من المتوقع. قد يشير هذا الغرابة إلى أن هناك جزيئات أخرى. في السابق ، اعتقد العلماء أنهم سيكونون قادرين على الاستجابة لمشاكل هيغز بمساعدة نظرية التناظر الفائق - وهو ما يماثل أن كل جسيم لديه شريك أثقل. لكن هذا لم يحدث ، لأن LHC لم يجد أي آثار للجسيمات فائقة التناظر.

قد لا تزال تجد مصادمات المستقبلدليل على التناظر الفائق أو التلميح بجزيئات جديدة ، لكن هذه المرة لن يقدم العلماء وعودًا. الآن هم أكثر انشغالًا في تطوير الأولويات وتقديم الحجج لصالح المصادمات الجديدة والتجارب الأخرى في فيزياء الجسيمات. هناك شيء واحد مؤكد: سوف تستكشف المعجلات المقترحة مناطق غير معروفة بنتائج غير متوقعة.

لا تفوت التحديثات حول هذا الموضوع في قنواتنا. في برقية.