Ресеарцх

Одговори на највеће изазове науке: колико смо далеко отишли?

Много је непознато о природи самог универзума. То је радозналост инхерентна људима, која води до тражења одговора на ова питања и помера науку напријед. Већ смо сакупили невероватну количину знања, а успех наше две водеће теорије - квантна теорија поља, описујући Стандардни модел и општу релативност, описујући гравитацију - показују колико смо далеко дошли у разумевање саме стварности.

Многи људи су песимисти о нашемсадашњи покушаји и будући планови да се расплине велике космичке мистерије које нас данас стављају у ћорсокак. Наше најбоље хипотезе за нову физику, укључујући суперсиметрију, додатне димензије, техниколор, теорију струна и друге, до сада нису биле у могућности да добију било какву експерименталну потврду. Али то не значи да је физика у кризи. То значи да је све тачно онако како би требало да буде: физика говори истину о Универзуму. Наши следећи кораци ће нам показати колико смо добро слушали.

Највеће мистерије универзума

Пре једног века, највећа питања која смо могли да поставимо укључују изузетно важне егзистенцијалне загонетке, као што су:

  • Који су најмањи састојци материје?
  • Да ли су наше теорије природних сила заиста фундаменталне, или нам је потребно дубље разумевање?
  • Колико је велики свемир?
  • Да ли је наш универзум увек постојао или се појавио у неком тренутку у прошлости?
  • Како звезде сијају?

У то време, ове загонетке су окупирале умове највећихљуди Многи нису ни помислили да им се може одговорити. Конкретно, они су захтијевали улагање тако наизглед огромних ресурса да је једноставно предложено да буду задовољни оним што смо тада знали и да користе ово знање за развој друштва.

Наравно, то нисмо урадили. Улагање у друштво је изузетно важно, али је такође важно проширити границе познатих. Захваљујући новим открићима и методама истраживања, добили смо следеће одговоре:

  • Атоми се састоје од субатомских честица, од којих су многе подељене у још мање састојке; сада знамо цијели Стандардни модел.
  • Наше класичне теорије замењене су квантним, комбинујући четири основне силе: јаку нуклеарну, електромагнетну, слабу нуклеарну и гравитациону интеракцију.
  • Видљиви свемир се простире на 46,1 милијарди светлосних година у свим правцима; видљиви Универзум може бити много већи или бесконачан.
  • Требало је 13,8 милијарди година након догађаја, познатог као Велики прасак, који је дао живот познатом универзуму. Њему је претходила инфлаторна епоха неодређеног трајања.
  • Звезде засијају захваљујући физици нуклеарне фузије, претварајући материју у енергију користећи Ајнштајнову формулу Е = мц2.

Па ипак, то је само продубило научне тајне,који нас окружују. Поседујући све што знамо о основним честицама, сигурни смо да би у свемиру требало бити још много других ствари које су нам још непознате. Не можемо објаснити привидно присуство тамне материје, не разумемо тамну енергију и не знамо зашто се Универзум шири на овај начин, а не на други начин.

Не знамо зашто честице имају таквемаса која има; зашто је Универзум преплављен материјом, а не антиматеријом; зашто неутрини имају масу. Не знамо да ли је протон стабилан, да ли ће икада пропасти и да ли је гравитација квантна сила природе. И иако знамо да је Великом праску претходила инфлација, не знамо да ли је то био почетак саме инфлације или да ли је била вечна.

Могу ли људи ријешити ове загонетке? Да ли експерименти које можемо да спроводимо користећи садашње или будуће технологије бацају светло на ове основне загонетке?

Одговор на прво питање је могућ; не знамооно што природа чува тајне док не видимо. Одговор на друго питање је дефинитивно "да". Чак и ако је свака теорија коју смо икада навели на ономе што је изван граница познатог - Стандардног модела и ГТР - 100% погрешна, постоји огромна количина информација које се могу добити извођењем експеримената које планирамо покренути у следећем генерације Не изградити све те инсталације била би велика лудост, чак и ако би потврдили ноћни сценариј за који се физика честица плашила дуги низ година.

Када чујете о акцелератору честица, ви,вероватно замислите сва ова нова открића која нас чекају на вишим енергијама. Обећање нових честица, нових сила, нових интеракција, или чак потпуно нових сектора физике је оно што теоретичари воле да уробе, чак и ако експерименте након експеримента раде и не испуњавају ова обећања.

Постоји добар разлог за ово: Већина идеја које се могу замислити у физици већ су или искључене или су јако ограничене на податке које већ имамо. Ако желите да отворите нову честицу, поље, интеракцију или феномен, не треба да постулирате нешто што је неспојиво са оним што већ знамо. Наравно, могли бисмо да направимо претпоставке које би се касније показале као нетачне, али сами подаци би требало да буду у складу са сваком новом теоријом.

Због тога највећи напори у физици не идунове теорије или нове идеје, и експерименти који ће нам омогућити да напустимо границе онога што смо већ истражили. Наравно, детекција Хигсовог бозона може довести до хипотезе, али колико је Хигс повезан са З-бозоном? Које су све везе између ове две честице и других у Стандардном моделу? Колико је лако створити их? И након стварања, да ли ће бити заједничких распада који ће се разликовати од пропадања стандардних Хигсова плус стандардни З-бозон?

Постоји техника на коју се може користитиистражујући ово: створити колизију електрона и позитрона са егзактном масом Хигсова и З-бозона. Уместо неколико десетина или стотина догађаја који стварају Хигс и З-бозон, као што ЛХЦ ради, можете створити хиљаде, стотине хиљада, или чак милијуне њих.

Наравно, јавност ће бити више узбуђенаоткриће нове честице од било чега другог, али није сваки експеримент намењен стварању нових честица - да, то није потребно. Неки имају намеру да истраже већ познату ствар и детаљно проуче њена својства. Велики електронско-позитронски колајдер, претходник ЛХЦ-а, није пронашао нити једну основну честицу. Као ДЕСИ експеримент, који је сударио електроне са протонима. И релативистички колидер тешких јона.

И то се могло очекивати; циљ ових трију судара био је другачији. Било је то да се истражи ствар која заиста постоји, са прецизношћу без преседана.

Не чини се да су ови експерименти праведнипотврдио стандардни модел, иако је све што су пронашли одговарало само стандардном моделу. Створили су нове композитне честице и измјерили везе између њих. Пронађени су односи декомпозиције и гранања, као и суптилне разлике између материје и антиматерије. Неке честице су се понашале другачије од својих колега зрцала. Други су изгледа сломили симетрију обрнутог времена. Међутим, откривено је да се други мешају заједно, стварајући сродне државе које нисмо ни слутили.

Сврха следећег великог научног експеримента нијеједноставно тражити једну ствар или проверавати једну нову теорију. Неопходно је прикупити огроман скуп иначе недоступних података и омогућити тим подацима да воде развој индустрије.

Наравно, можемо дизајнирати и изградитиексперименте или опсерваторије, фокусирајући се на оно што очекујемо. Међутим, најбољи избор за будућност науке био би вишенаменски строј који може прикупити велике и разнолике количине података које би било немогуће прикупити без тако велике инвестиције. Због тога је Хуббле био тако успешан, зашто су Фермилаб и БАЦ померили границе даље него раније, и зашто ће нам будуће мисије као што су Спаце Вебсцопе Јамеса Вебба, будућих 30-метарских опсерваторија или будућих колидера требати ако желимо да једног дана одговоримо на најосновније питања од свих.

У послу постоји и стара изрекаприменљива на науку: “Брже. Боље Јефтиније. Изабери два. " Свет се креће брже него икада раније. Ако почнемо да штедимо и не инвестирамо у "најбоље", то ће бити једнако одустајању.

Слажете ли се? Реците нам у нашем цхату у Телеграму.