Физикадағы тығырықтан қалай шығуға болады?
Бөлшектердің келесі буын коллайдері миллиардтаған долларға түседі. Еуропа мен Қытайда мұндай құрылғыларды жасау жоспарда бар, бірақ ғалымдар мұның мағынасы бар ма деп күмәндануда. Мүмкін біз физикада серпіліске әкелетін эксперимент пен зерттеудің жаңа әдісін іздеуіміз керек пе?
Стандартты модель бірнеше рет расталды, соның ішінде Үлкен адрон коллайдерінде (LHC), бірақ ол физиканың барлық үміттерін қанағаттандырмайды. Ол қараңғы материя мен қараңғы энергияның болуы немесе тартылыс күші басқа іргелі күштерден неге соншалықты ерекшеленетіні сияқты құпияларды түсіндіре алмайды.
Мұндай мәселелермен дәстүрлі түрде айналысатын ғылымда бұл гипотезаларды растау немесе жоққа шығару тәсілі бар. қосымша мәліметтерді жинау - бұл жағдайда жақсырақ телескоптар мен микроскоптардан, мүмкін мүлдем жаңадан, одан да үлкенірек супер бампер бұл ашуға мүмкіндік береді суперсимметриялық бөлшектер.
2012 жылы Қытай Ғылым академиясының Жоғары энергия физикасы институты алып супер есептегіш құрастыру жоспарын жариялады. Жоспарланған Электрондық позитронды коллайдер (CEPC) оның шеңбері шамамен 100 км болады, бұл LHC шеңберінен төрт есе дерлік (1). Жауап ретінде, 2013 жылы LHC операторы, яғни CERN, деп аталатын жаңа соқтығысу құрылғысының жоспарын жариялады. Болашақ шеңберлі коллайдер (FCC).
1. Жоспарланған CEPC, FCC және LHC үдеткіштерінің өлшемдерін салыстыру.
Дегенмен, ғалымдар мен инженерлер бұл жобалар үлкен инвестицияға тұрарлық па деген сұрақ туындайды. Бөлшектер физикасы бойынша Нобель сыйлығының иегері Чен-Нинг Ян үш жыл бұрын блогында жаңа суперсиметрияны пайдаланып суперсиметрия іздерін іздеуді сынап, мұны «болжау ойыны» деп атады. Өте қымбат болжам. Оны Қытайдағы көптеген ғалымдар қолдады, ал Еуропадағы ғылым көрнектілері FCC жобасы туралы осындай рухта айтты.
Бұл туралы Gizmodo басылымына Франкфурттегі тереңдетілген зерттеулер институтының физигі Сабина Хоссенфельдер хабарлады. -
Неғұрлым қуатты коллайдерлерді жасау жобаларын сынаушылар жағдайдың ол салынған кезден басқаша екенін атап өтеді. Тіпті іздеп жүргеніміз де сол кезде белгілі болды Хиггс бозоны. Енді мақсаттар азырақ айқындалды. Хиггстің ашылуына сәйкес жаңартылған Үлкен адрондық коллайдер жүргізген эксперименттердің нәтижелеріндегі тыныштық - 2012 жылдан бері ешқандай серпінді нәтижелер жоқ - біршама қорқынышты.
Сонымен қатар, белгілі, бірақ әмбебап емес факт бар LHC-тегі эксперименттердің нәтижелері туралы біз білетін барлық мәліметтер сол кезде алынған деректердің шамамен 0,003% талдауынан алынған. Біз одан да көп нәрсені көтере алмадық. Бізді толғандыратын физиканың үлкен сұрақтарына жауаптар біз қарастырмаған 99,997% екенін жоққа шығаруға болмайды. Мүмкін сізге тағы бір үлкен және қымбат машина жасау емес, көбірек ақпаратты талдаудың жолын табу керек шығар?
Бұл туралы ескерген жөн, әсіресе физиктер көлікті одан да көп сығып алуға үміттенеді. Жақында басталған екі жылдық үзіліс (деп аталатын) коллайдерді 2021 жылға дейін белсенді емес етіп, техникалық қызмет көрсетуге мүмкіндік береді (2). Содан кейін ол 2023 жылы күрделі жаңартудан өтпес бұрын, ұқсас немесе сәл жоғары қуатта жұмыс істей бастайды, аяқталуы 2026 жылға жоспарланған.
Бұл жаңарту бір миллиард долларды құрайды (FCC жоспарланған құнымен салыстырғанда арзан) және оның мақсаты деп аталатын құру. Жоғары жарықтылық-LHC. 2030 жылға қарай бұл көліктің секундына соқтығысу санын он есеге арттыруы мүмкін.
2. ЖСҚ жөндеу жұмыстары
бұл нейтрино болды
LHC-де анықталмаған бөлшектердің бірі, бірақ ол болады деп күтілуде WIMP кеңейтімі (-әлсіз әрекеттесетін массивтік бөлшектер). Бұл әлсіз әсерлесумен салыстырылатын күшпен көрінетін затпен әрекеттесетін гипотетикалық ауыр бөлшектер (10 ГэВ/с²-ден бірнеше ТеВ/с²-ге дейін, протон массасы 1 ГэВ/с²-ден сәл аз). Олар ғаламда қарапайым материяға қарағанда бес есе жиі кездесетін қараңғы материя деп аталатын жұмбақ жұмбақ массаны түсіндірер еді.
LHC-те эксперименттік деректердің осы 0,003%-да WIMP табылмады. Дегенмен, бұл үшін арзан әдістер бар - мысалы. XENON-NT тәжірибесі (3), сұйық ксенонның үлкен құтысы Италиядағы терең жер асты және зерттеу желісіне қосылу процесінде. Оңтүстік Дакотадағы LZ ксенонның тағы бір үлкен құтысында іздеу 2020 жылдың басында басталады.
Өте сезімтал ультра суық жартылай өткізгіш детекторлардан тұратын тағы бір тәжірибе деп аталады SuperKDMS SNOLAB, 2020 жылдың басында Онтариоға деректерді жүктеп сала бастайды. Осылайша, 20 ғасырдың XNUMX-жылдарында бұл жұмбақ бөлшектерді «ату» мүмкіндігі артып келеді.
Уимптер ғалымдар іздейтін жалғыз қара материя емес. Оның орнына эксперименттер нейтрино сияқты тікелей бақылауға болмайтын аксиондар деп аталатын балама бөлшектерді жасай алады.
Келесі онжылдық нейтриноларға қатысты ашылуларға тиесілі болуы әбден мүмкін. Олар ғаламдағы ең көп таралған бөлшектердің бірі. Сонымен қатар, зерттеудің ең қиындарының бірі, өйткені нейтринолар қарапайым заттармен өте әлсіз әрекеттеседі.
Ғалымдар бұл бөлшек үш бөлек деп аталатын дәмнен және үш бөлек массалық күйден тұратынын бұрыннан біледі - бірақ олар дәмдерге дәл сәйкес келмейді және әр дәм кванттық механикаға байланысты үш массалық күйдің тіркесімі болып табылады. Зерттеушілер бұл массалардың нақты мағынасын және әрбір хош иісті жасау үшін біріктірілген кезде олардың пайда болу ретін білуге үміттенеді. сияқты эксперименттер Кэтрин Германияда олар алдағы жылдарда осы құндылықтарды анықтау үшін қажетті деректерді жинауы керек.
3. XENON-nT детекторының моделі
Нейтринолардың біртүрлі қасиеттері бар. Мысалы, ғарышта саяхаттағанда, олар талғамдар арасында тербелетін сияқты. бастап мамандар Цзянмень жерасты нейтрино обсерваториясы Қытайда келесі жылы жақын жердегі атом электр станцияларынан шығарылатын нейтринолар туралы деректерді жинауды бастайды деп күтілуде.
Мұндай жоба бар Супер Камиоканде, Жапониядағы бақылаулар ұзақ уақыт бойы жүргізіліп келеді. АҚШ өзінің нейтрино сынақ алаңдарын салуды бастады. LBNF Иллинойстағы және тереңдікте нейтринолармен тәжірибе ДУНЕ Оңтүстік Дакота штатында.
1,5 миллиард долларлық көп ел қаржыландыратын LBNF/DUNE жобасы 2024 жылы басталып, 2027 жылға қарай толық іске қосылады деп күтілуде. Нейтриноның құпиясын ашуға арналған басқа эксперименттер кіреді ДАҢҒЫЛ, Теннессидегі Oak Ridge ұлттық зертханасында және қысқа негізгі нейтрино бағдарламасы, Фермилаб, Иллинойс қаласында.
Өз кезегінде жобада Аңыз-200, 2021 жылы ашылуы жоспарланған, нейтриносыз қос бета ыдырауы деп аталатын құбылыс зерттеледі. Атом ядросынан екі нейтрон бір уақытта протондарға ыдырайды деп болжанады, олардың әрқайсысы электронды және , басқа нейтриномен байланысқа түсіп, жойылады.
Егер мұндай реакция болған болса, ол нейтринолардың өздерінің антиматери екенін дәлелдеп, ерте ғалам туралы басқа теорияны жанама түрде растайды - антиматериядан гөрі материяның неге көп екенін түсіндіреді.
Физиктер ғарышқа еніп, ғаламның кеңеюіне әкелетін жұмбақ қараңғы энергияны да ақырында зерттегісі келеді. Қараңғы энергия спектроскопиясы Құрал (DESI) өткен жылы ғана жұмыс істей бастады және 2020 жылы іске қосылады деп күтілуде. Үлкен синоптикалық шолу телескопы Чилиде Ұлттық Ғылым Қоры/Энергетика департаменті сынаған осы жабдықты пайдаланатын толыққанды зерттеу бағдарламасы 2022 жылы басталуы керек.
С другой стороны (4), өтіп бара жатқан онжылдықтың оқиғасына айналуы керек еді, ақырында жиырма жылдықтың кейіпкеріне айналады. Жоспарланған іздеулерден басқа, галактикалар мен олардың құбылыстарын бақылай отырып, қараңғы энергияны зерттеуге ықпал етеді.
4. Джеймс Уэбб телескопының визуализациясы
Не сұраймыз
Қарапайым мағынада, физикадағы келесі онжылдық он жылдан кейін біз сол жауапсыз сұрақтарды қоятын болсақ, сәтті болмайды. Біз қалаған жауаптарды алған кезде, сонымен қатар мүлдем жаңа сұрақтар туындағанда әлдеқайда жақсы болады, өйткені біз физика ешқашан «менің сұрақтарым жоқ» деп айтатын жағдайға сене алмаймыз.
