általános

A fizikusok álma: melyik kollektorok meredekebbek, mint a Big Hadron?

Ha elemi részecske fizikusok sikerülnek,Az új gyorsítók egy napon képesek lesznek gondosan feltárni a fizikában a legkevésbé érdekes szubatomi részecskéket - a Higgs bozont. Hat évvel a részecskék felfedezése után a nagy hadrongyűjtőn a fizikusok új, hatalmas gépeket terveznek, amelyek Európában, Japánban vagy Kínában tíz kilométerre nyúlnak.

Új győztesek: mi lesz?

A szubatomi részecske felfedezésefeltárja a tömeg eredetét, a standard modell befejezéséhez vezetett - az elemi részecskefizika átfogó elmélete. És ez lett az LHC, jelenleg a világ legnagyobb gyorsítója számára is, mérföldkőnek számító eredmény, végül is a Higgs boszon keresésére volt szükség, bár nem csak építették.

Most a fizikusok a boszon titkaiba akarnak behatolniHiggs abban a reményben, hogy ő lesz a kulcs a részecskefizika hosszú távú problémáinak megoldásában. "A Higgs egy speciális részecske" - mondja Ifang Wang fizikus, a Pekingi Nagyenergia Fizikai Intézet igazgatója. "Hiszünk abban, hogy Higgs egy ablak a jövőbe."

A nagy Hadron Collider, más néven BAKegy 27 km hosszú gyűrűből, amelyen belül a protonok csaknem a fénysebességig felgyorsulnak, és másodpercenként több milliárdra ütköznek, szinte elérte képességeinek határait. Kiváló munkát végzett a Higgs-felderítéssel, de nem alkalmas a részletes kutatásra.

Ezért az elemi részecske fizikusoknak újra van szükségükrészecske-ütköző, kifejezetten Higgs-boszonok halmazainak elindítására tervezve. Számos projektet javasoltak ezekre a nagy teljesítményű új gépekre, és a tudósok remélik, hogy ezek a Higgs-gyárak segíthetnek megoldást találni a Standard modell ragyogó gyengeségeire.

"A standard modell nem teljes elméleta világegyetem ”- mondja Galina Abramovich részecskefizikai kísérletezője a Tel Aviv Egyetemen. Például ez az elmélet nem magyarázza a sötét anyagot, egy azonosítatlan anyagot, amelynek tömege szükséges a kozmikus megfigyelések figyelembevételéhez, mint például a galaxisok csillagainak mozgása. Nem magyarázza azt is, hogy miért áll az univerzum anyagból, míg az antimatter rendkívül ritka.

Az új gyűjtők támogatói ezt állítjáka Higgs-boszon alapos tanulmányozása a tudósokat ezeknek a rejtélyeknek a megoldásához vezetheti. De a tudósok körében az új, magas árú gyorsítók keresését nem mindenki támogatja. Ezenkívül nem világos, hogy pontosan mi találhat ilyen gépeket.

Következő sorban

Az első sor a nemzetközi lineárisCollider Észak-Japánban. Ellentétben az LHC-vel, amelyen a részecskék egy gyűrűben mozognak, az MLK két részecskeszintet egyenes vonalban gyorsít, közvetlenül egymáson, a 20 kilométeres hosszában. És ahelyett, hogy a protonokat egymáshoz szorítaná, az elektronokat és azok antimateriális partnereit, positronjait tolja el.

2018 decemberében azonban interdiszciplinárisA Japán Tudományos Tanácsának egy bizottsága ellenezte ezt a projektet, sürgetve a kormányt, hogy legyen óvatos a támogatásával, és azon gondolkodik, vajon a várható tudományos eredmények igazolják-e az ütköző költségét, amely jelenleg 5 milliárd dollárra becsülhető.

Támogatók azt állítják, hogy az MLK tervAz elektronok és a poszteronok ütközése a protonok helyett számos nagy előnye van. Az elektronok és a positronok elemi részecskék, azaz nincsenek kisebb komponenseik, és a protonok kisebb részecskékből állnak - kvarkok. Ez azt jelenti, hogy a proton ütközések jobban meghibásodnak, és több haszontalan részecskehulladékot hoznak létre, amelyeket meg kell szitálni.

Ezenkívül csak proton ütközések eseténValamennyi proton energiája valójában ütközésbe esik, míg az elektron-pozitron-ütközőben a részecskék az összenergiát ütközésbe kerülnek. Ez azt jelenti, hogy a tudósok ki tudják igazítani az ütközési energiát, hogy maximalizálják az előállított Higgs-bosonok számát. Ugyanakkor az MLK csak 250 milliárd elektronvoltot igényel a Higgs-boszonok előállításához, míg az LHC-nál 13 billió elektron volt.

Az MLK-nál „a beérkezett adatok minősége nagy leszfentebb említettek szerint ”- mondja Lin Evans, a Genfi CERN elemi részecske-fizikus. Az MLK-ban lévő 100 ütközés egyike a Higgs-boszont termeli, míg az LHC-ben 10 milliárd ütközés történik.

A japán kormánytól elvárjákmárciusban a döntéshozó döntése. Evans azt mondja, hogy ha az MLK-t jóváhagyták, kb. Később a gyorsító is felújítható, hogy növelje az elérendő energiát.

A CERN tervezi hasonló gép létrehozását -Kompakt lineáris ütköző (CLIC). Az elektronokat és a positronokat is összeomlik, de magasabb energiáknál, mint az MLK. Az energia 380 milliárd elektronvoltból indul, és egy sor frissítésben 3 billió elektronvoltra növekszik. E magasabb energiák eléréséhez új részecske-gyorsítási technológiát kell kifejleszteni, ami azt jelenti, hogy a CLIC nyilvánvalóan nem jelenik meg az MLK előtt, mondja Evans, aki a kutatók együttműködését vezeti mindkét projektből.

Kör fut

Két másik tervezett győztes Kínában ésEurópa kerek lesz, mint az LHC, de sokkal több: minden kör 100 kilométer. Ez elég nagy kör, hogy kettősítsük Liechtenstein országát. Ez gyakorlatilag a moszkvai körgyűrű hossza.

Körkörös elektron-pozitron kollektor, helyamelynek építését Kínában még nem határozták meg, a novemberben hivatalosan bemutatott és Van és a Magasenergia-fizikai Intézet által védett fogalmi terv szerint az elektronokat és a positronokat 240 milliárd elektron-feszültségre emeli. Ezt a gyorsítót később frissíthetjük a protonok nagy energiákra való tolatására. A tudósok azt mondják, hogy 2022-ig 5-6 milliárd dollár értékben tudják megépíteni ezt a gépet, és 2030-ig befejezni.

És a CERN-ben a javasolt Future Circularaz ütköző, a BKK is fokozatosan fog működni, az elektronokat positronokkal és későbbi protonokkal ütközik össze. A végső cél az lesz, hogy 100 trillió elektron-voltos proton ütközéseket érjünk el, ami több mint hétszerese az LHC energiájának.

Eközben a tudósok két évre lezárták a BAC-t,a gép magasabb energiájú munkavégzése. 2026-ban egy nagy fényerejű BAC működik, ami legalább öt alkalommal növeli a proton ütközések gyakoriságát.

Higgs-portré

Amikor az LHC épült, a tudósok elégségesek voltakgyőződjön meg róla, hogy megtalálja a Higgs bozont. Az új autókkal azonban nem világos, hogy milyen új részecskék keresnek. Egyszerűen felsorolják, hogy a Higgs mennyire kölcsönhatásba lép más ismert részecskékkel.

A Higgs interakciós mérések megerősíthetikKészenléti modell elvárásai. De ha a megfigyelések eltérnek az elvárásoktól, az eltérés közvetetten jelezheti valami új jelenlétét, például a sötét anyagot alkotó részecskéket.

Egyes tudósok remélik, hogy valami történik.váratlan. Mert maga a Higgs bozon rejtély: ezek a részecskék a melaszhoz hasonló folyadékba kondenzálódnak. Miért? Fogalmunk sincs, mondja Michael Peskin részecske-fizikus a Stanford Egyetemen. Ez a folyadék áthatol az Univerzumra, lassítja a részecskéket és súlyt ad.

Egy másik rejtély az, hogy a tömegHiggs millió milliárdkal kevesebbet vár a vártnál. Ez a furcsaság jelezheti, hogy vannak más részecskék is. Korábban a tudósok úgy gondolták, hogy képesek lesznek reagálni a Higgs-problémákra a szuperszimmetria-elmélet segítségével - egyhangú, hogy minden részecske súlyosabb partnerrel rendelkezik. De ez nem történt meg, mert az LHC nem talált szupersimetriás részecskéket.

A jövőbeli találkozók még mindig megtalálhatókbizonyíték a szupersimetriára, vagy egyébként új részecskékre utal, de ezúttal a tudósok nem ígérnek. Most jobban elfoglalták a prioritások kialakítását és az érveket az új kollokerek és más részecskefizikai kísérletek mellett. Egy dolog biztos: a javasolt gyorsítók előre nem látható eredményekkel fedezik fel az ismeretlen területet.

Ne hagyja ki a témával kapcsolatos frissítéseket csatornáinkban. a Telegramban.