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Sueños de físicos: ¿qué colisionadores serían más inclinados que el Gran Hadrón?

Si los físicos de partículas elementales tienen éxito,Los nuevos aceleradores un día podrán explorar con cuidado la partícula subatómica más curiosa de la física: el bosón de Higgs. Seis años después del descubrimiento de esta partícula en el Gran Colisionador de Hadrones, los físicos están planeando nuevas máquinas enormes que se extenderán decenas de kilómetros en Europa, Japón o China.

Nuevos Colisionadores: ¿Qué Serán?

El descubrimiento de esta partícula subatómica querevela el origen de la masa, lo que llevó a la finalización del Modelo Estándar, una teoría integral de la física de partículas elementales. Y también se convirtió en un logro histórico para el LHC, actualmente el acelerador más grande del mundo; después de todo, fue para buscar el bosón de Higgs, aunque no solo se construyó.

Ahora los físicos quieren ahondar en los secretos del bosón.Higgs con la esperanza de que él sea la clave para resolver los problemas de larga duración de la física de partículas. "El Higgs es una partícula especial", dice el físico Ifang Wang, director del Instituto de Física de Altas Energías en Beijing. "Creemos que Higgs es una ventana al futuro".

El Gran Colisionador de Hadrones, también conocido como BAK, consiste enDesde un anillo de 27 kilómetros de largo, en el interior del cual los protones aceleran casi hasta la velocidad de la luz y chocan miles de millones de veces por segundo, casi ha alcanzado el límite de sus capacidades. Hizo un excelente trabajo con la detección de Higgs, pero no es adecuado para su investigación detallada.

Por lo tanto, los físicos de partículas elementales requieren nuevosColisionador de partículas, especialmente diseñado para lanzar pilas de bosones de Higgs. Se han propuesto varios proyectos para estas máquinas nuevas y poderosas, y los científicos esperan que estas fábricas de Higgs puedan ayudar a encontrar soluciones a las flagrantes debilidades del Modelo Estándar.

"El modelo estándar no es una teoría completa.el universo ", dice la experimentadora en física de partículas Galina Abramovich de la Universidad de Tel Aviv. Por ejemplo, esta teoría no explica la materia oscura, una sustancia no identificada, cuya masa es necesaria para explicar las observaciones cósmicas, como los movimientos de las estrellas en las galaxias. Tampoco explica por qué el Universo se compone de materia, mientras que la antimateria es extremadamente rara.

Los partidarios de los nuevos colisionadores afirman queUn estudio a fondo del bosón de Higgs puede llevar a los científicos a resolver estos misterios. Pero entre los científicos, el deseo de nuevos aceleradores de alto precio no es apoyado por todos. Además, no está claro qué podría encontrar exactamente tales máquinas.

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El primero en línea es el Internacional Lineal.Colisionador en el norte de japón. En contraste con el LHC, en el cual las partículas se mueven a lo largo de un anillo, el MLK acelera dos haces de partículas en línea recta, directamente entre sí, a lo largo de toda su longitud de 20 kilómetros. Y en lugar de juntar protones, empuja los electrones y sus compañeros de antimateria, los positrones.

Sin embargo, en diciembre de 2018, interdisciplinario.El comité del Consejo Científico de Japón se opuso a este proyecto, instando al gobierno a ser cuidadoso con su apoyo y preguntándose si los logros científicos esperados justifican el costo del colisionador, que actualmente está valorado en $ 5 mil millones.

Los partidarios argumentan que el plan de MLK paraLa colisión de electrones y positrones, en lugar de protones, tiene varias ventajas importantes. Los electrones y los positrones son partículas elementales, es decir, no tienen componentes más pequeños, y los protones están formados por partículas más pequeñas: los quarks. Esto significa que las colisiones de protones serán más erráticas y crearán partículas de partículas más inútiles que tendrán que ser tamizadas.

Además, solo en colisiones de protones.Parte de la energía de cada protón en realidad cae en una colisión, mientras que en un colisionador electrón-positrón, las partículas transfieren la energía total a una colisión. Esto significa que los científicos pueden ajustar la energía de colisión para maximizar el número de bosones de Higgs producidos. Al mismo tiempo, el MLK requerirá solo 250 mil millones de voltios de electrones para producir los bosones de Higgs, en comparación con 13 billones de voltios de electrones en el LHC.

En MLK, “la calidad de los datos recibidos será muyarriba ”, dice Lin Evans, físico elemental de partículas del CERN de Ginebra. Una de cada 100 colisiones en el MLK producirá el bosón de Higgs, mientras que en el LHC ocurre cada 10 mil millones de colisiones.

Se espera que el gobierno japonés tomeLa decisión sobre el colisionador en marzo. Evans dice que si se aprueba MLK, tomará aproximadamente 12 años crearlo. Más tarde, el acelerador también se puede actualizar para aumentar la energía que puede alcanzar.

CERN tiene planes para crear una máquina similar -Colisionador Lineal Compacto (CLIC). También colisionará electrones y positrones, pero a energías más altas que MLK. Su energía comenzará a partir de 380 mil millones de voltios de electrones y aumentará a 3 billones de voltios de electrones en una serie de actualizaciones. Para lograr estas energías más altas, es necesario desarrollar una nueva tecnología de aceleración de partículas, lo que significa que CLIC obviamente no aparecerá antes de MLK, dice Evans, quien encabeza la colaboración de investigadores de ambos proyectos.

Círculo corriendo

Otros dos colisionadores planeados en China yEuropa, será redonda, como el LHC, pero mucho más: cada círculo es de 100 kilómetros. Este es un círculo lo suficientemente grande como para duplicar el país de Liechtenstein. Esta es prácticamente la longitud de la carretera de circunvalación de Moscú.

Colisionador circular electrón-positrón, lugarDe acuerdo con un plan conceptual presentado oficialmente en noviembre y protegido por Van y el Instituto de Física de Altas Energías, cuya construcción en China aún no se ha determinado, impulsará los electrones y los positrones a 240 mil millones de voltios electrónicos. Este acelerador se puede actualizar posteriormente para empujar protones a altas energías. Los científicos dicen que podrían comenzar a construir esta máquina, con un valor de $ 5 a 6 mil millones para 2022, y completarla para 2030.

Y en el CERN la propuesta Circular del Futuro.El colisionador, el BKK, también entrará en operación en etapas, colisionando electrones con positrones y luego con protones. El objetivo final será lograr colisiones de protones a 100 billones de voltios de electrones, que es más de siete veces la energía del LHC.

Mientras tanto, los científicos cerraron el BAC durante dos años,Actualización de la máquina para trabajar a una mayor energía. En 2026, funcionará un BAC con una alta luminosidad, lo que aumentará la frecuencia de colisiones de protones al menos cinco veces.

Retrato de higgs

Cuando se construyó el LHC, los científicos eran suficientesAsegúrese de encontrar el bosón de Higgs con él. Pero con los autos nuevos no está claro qué partículas nuevas se deben buscar. Simplemente catalogarán cuánto interactúa el Higgs con otras partículas conocidas.

Las mediciones de la interacción de Higgs pueden confirmar.Expectativas modelo de espera. Pero si las observaciones son diferentes de las expectativas, la discrepancia puede indicar indirectamente la presencia de algo nuevo, como partículas que forman la materia oscura.

Algunos científicos esperan que algo suceda.inesperado Porque el propio bosón de Higgs es un misterio: estas partículas se condensan en un líquido, similar a la melaza. Por que No tenemos idea, dice el físico de partículas Michael Peskin de la Universidad de Stanford. Este fluido impregna el Universo, reduciendo la velocidad de las partículas y dándoles peso.

Otro misterio es que la misa.Higgs un millón de billones menos de lo esperado. Esta rareza puede indicar que hay otras partículas. Anteriormente, los científicos pensaban que serían capaces de responder a los problemas de Higgs con la ayuda de la teoría de la supersimetría, una consonante de que cada partícula tiene un compañero más pesado. Pero esto no sucedió, porque el LHC no encontró rastros de partículas supersimétricas.

Los futuros colisionadores todavía pueden encontrarevidencia de supersimetría o de otra manera insinúa nuevas partículas, pero esta vez los científicos no harán promesas. Ahora están más ocupados en desarrollar prioridades y presentar argumentos a favor de nuevos colisionadores y otros experimentos en física de partículas. Una cosa es cierta: los aceleradores propuestos explorarán un territorio desconocido con resultados impredecibles.

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