общ

Сънища на физици: кои състезатели биха били по-стръмни от Големия адрон?

Ако физиците на елементарните частици успеят,Един ден нови ускорители ще могат внимателно да проучат най-любопитната субатомна частица във физиката - бозона на Хигс. Шест години след откриването на тази частица на големия адронен ускорител, физиците планират нови огромни машини, които ще се простират на десетки километри в Европа, Япония или Китай.

Нови Colliders: Какво ще бъдат те?

Откриване на тази субатомна частица, кояторазкрива произхода на масата, довело до завършването на Стандартния модел - всеобхватна теория на физиката на елементарните частици. Също така се превърна в забележително постижение за LHC, който в момента е най-големият ускорител в света - в края на краищата, трябваше да се търси бозонът на Хигс, въпреки че той не беше само изграден.

Сега физиците искат да се ровят в тайните на бозонаХигс с надеждата, че ще бъде ключът към решаването на дългогодишните проблеми на физиката на частиците. "Хигс е специална частица", казва физик Ифанг Уанг, директор на Института за физика на високите енергии в Пекин. "Ние вярваме, че Хигс е прозорец към бъдещето."

Големият адронен ускорител, известен още като БАК, състоящ се отот пръстен с дължина 27 километра, в който протоните се ускоряват почти до скоростта на светлината и се сблъскват милиарди пъти в секунда, почти достига границата на своите възможности. Той свърши отлична работа с откриването на Хигс, но не е подходящ за подробното му изследване.

Ето защо, физиците на елементарните частици изискват новиускорител на частици, специално проектиран да изстрелва купчини от бозоните на Хигс. Предложени са няколко проекта за тези мощни нови машини и учените се надяват, че тези фабрики на Хигс биха могли да помогнат да се намерят решения за очевидните слабости на стандартния модел.

- Стандартният модел не е пълна теорияВселената ”, казва Галина Абрамович от Университета в Тел Авив. Например, тази теория не обяснява тъмната материя, неидентифицирана субстанция, масата от която е необходима, за да се вземат предвид космическите наблюдения, като например движението на звездите в галактиките. Той също така не обяснява защо Вселената се състои от материя, докато антиматерията е изключително рядка.

Това твърдят поддръжници на нови колайдеризадълбоченото проучване на бозона на Хигс може да накара учените да разрешат тези мистерии. Но сред учените желанието за нови скъпи ускорители не се подкрепя от всички. Освен това не е ясно какво точно може да се намерят такива машини.

Следваща по ред

Първата линия е Международната ЛинейнаКолайдер в северната част на Япония. За разлика от LHC, върху който частиците се движат по пръстена, MLK ускорява две лъчи на частици по права линия, директно един до друг, по цялата си 20-километрова дължина. И вместо да избутва протони заедно, той избутва електрони и техните партньори-антиматерии, позитрони.

Въпреки това, през декември 2018 г., интердисциплинаренКомитетът на Научния съвет на Япония се противопостави на този проект, призовавайки правителството да внимава с подкрепата си и да се чуди дали очакваните научни постижения оправдават цената на коладера, който в момента се оценява на 5 милиарда долара.

Поддръжниците твърдят, че планът на МЛК заСблъсъкът на електрони и позитрони, а не на протони, има редица големи предимства. Електроните и позитроните са елементарни частици, т.е. те нямат по-малки компоненти, а протоните се състоят от по-малки частици - кварки. Това означава, че сблъсъците на протона ще бъдат по-хаотични и ще създадат по-безполезни остатъци от частици, които ще трябва да бъдат пресяти.

В допълнение, само при сблъсъци на протонЧаст от енергията на всеки протон всъщност попада в сблъсък, докато в електрон-позитронния коллайдер частиците прехвърлят общата енергия на сблъсък. Това означава, че учените могат да регулират енергията на сблъсъка, за да максимизират броя на произведените бозове на Хигс. В същото време, MLK ще изисква само 250 милиарда електрон волта да произвежда бозовете на Хигс, в сравнение с 13 трилиона електрон волта в LHC.

В MLK „качеството на получените данни ще бъде многопо-горе ”, казва Лин Еванс, физик на елементарните частици от Женевския ЦЕРН. Един от всеки 100 сблъсъка на MLK ще произведе бозона на Хигс, докато при LHC се случва на всеки 10 милиарда сблъсъка.

Очаква се японското правителство да поемерешението за ускорителя през март. Еванс казва, че ако МЛК бъде одобрен, ще са необходими около 12 години за създаване. По-късно ускорителят може да бъде подобрен, за да увеличи енергията, която може да постигне.

CERN планира да създаде подобна машина -Компактен линеен сблъсък (CLIC). Той също ще се сблъска с електрони и позитрони, но при по-високи енергии от МЛК. Нейната енергия ще започне от 380 милиарда електрон волта и ще се увеличи до 3 трилиона електрон волта в поредица от подобрения. За да се постигнат тези по-високи енергии, е необходимо да се разработи нова технология за ускоряване на частиците, което означава, че CLIC очевидно няма да се появи пред MLK, казва Evans, който ръководи сътрудничеството на изследователи от двата проекта.

Кръгът работи

Два други планирани коладера в Китай и САЩ. \ TЕвропа ще бъде кръгла, подобно на LHC, но много повече: всеки кръг е 100 километра. Това е достатъчно голям кръг, за да се удвои страната на Лихтенщайн. Това е практически дължината на МКАД.

Кръгъл електронен позитрон-коллайдер, мясточието строителство в Китай все още не е определено, ще избута електрони и позитрони в 240 милиарда електрон-волта, според концептуално представен план през ноември и защитен от Ван и Института по физика на високите енергии. Този ускорител може по-късно да бъде подобрен, за да избута протоните при високи енергии. Учените казват, че до 2022 г. биха могли да започнат да строят тази машина на стойност 5-6 милиарда долара и да я завършат до 2030 година.

И в CERN предложеното бъдещо циркулярно писмоКолайдерът, BKK, също ще влезе в действие на етапи, сблъсквайки електрони с позитрони и по-късно протони. Крайната цел ще бъде да се постигнат сблъсъци на протон при 100 трилиона електрон-волта, което е повече от седем пъти повече енергия от LHC.

Междувременно учените затвориха ВАС за две години,модернизиране на машината за работа с по-висока енергия. През 2026 г. ще работи BAC с висока осветеност, което ще увеличи честотата на протонните сблъсъци поне пет пъти.

Портрет на Хигс

Когато LHC е построен, учените са достатъчнисъс сигурност ще намерите бозона на Хигс с него. Но при новите автомобили не е ясно какви нови частици да търсят. Те просто ще каталогизират колко Хигс взаимодейства с други известни частици.

Измерванията на хигсовите взаимодействия могат да потвърдятОчаквания в режим на готовност. Но ако наблюденията са различни от очакванията, несъответствието може индиректно да покаже наличието на нещо ново, като частици, които съставляват тъмната материя.

Някои учени се надяват, че нещо ще се случи.неочаквано. Защото самият Хигс бозон е загадка: тези частици се кондензират в течност, подобна на меласата. Защо? Нямаме идея, казва физикът на частиците Майкъл Пескин от Станфордския университет. Тази течност прониква във Вселената, забавя частиците и им дава тегло.

Друга загадка е, че масатаХигс е един милион милиарда по-малко от очакваното. Тази странност може да означава, че има и други частици. Преди това учените смятаха, че ще могат да отговорят на проблемите на Хигс с помощта на теорията за суперсиметрията - съгласна, че всяка частица има по-тежък партньор. Но това не се случи, защото LHC не откри никакви следи от суперсиметрични частици.

Бъдещите колайдери все още могат да намерятдоказателства за суперсиметрия или друг намек за нови частици, но този път учените няма да дават обещания. Сега те са по-заети в разработването на приоритети и привеждането на аргументи в полза на новите колайдери и други експерименти в физиката на частиците. Едно нещо е сигурно: предложените ускорители ще изследват непознатата територия с непредвидими резултати.

Не пропускайте актуализации по тази тема в нашите канали. в телеграма.