Marzenia fizyków: jakie коллайдеры były by lepsze Wielkiego zderzacza?

Jeśli fizyki cząstek elementarnych osiągną swego, nowe akceleratory będą w stanie w jeden dzień dokładnie zbadać najbardziej ciekawy субатомную cząstki w fizyce — bozon Higgsa. Sześć lat później, po otwarciu tej cząstki na Wielkim zderzaczu hadronów, fizyki planują nowe, ogromne maszyny, które będą rozciągać się na dziesiątki kilometrów w Europie, Japonii i Chinach.

Nowe коллайдеры: jakie będą

Otwarcie tej subatomowych cząstek, która ujawnia pochodzenie masy, doprowadziło do zakończenia modelu Standardowego — kompleksowej teorii fizyki cząstek elementarnych. I również stało się znaczącym osiągnięciem dla BUCK, obecnie największego na świecie akceleratora — przecież właśnie do poszukiwania bozonu Higgsa, choć nie tylko, go budowali.

Teraz fizycy chcą zagłębić się w tajemnice bozonu Higgsa, w nadziei, że stanie się kluczem do rozwiązania przewlekłą spotkania zadań fizyki cząstek. "Hicks — wyjątkowa cząstki", mówi fizyk Ифанг Van, dyrektor Instytutu fizyki wysokich energii w Pekinie. "Wierzymy, że Hicks — to okno w przyszłość".

Wielki zderzacz hadronów, LHC, składający się z pierścienia o długości 27 kilometrów, w którym protony przyspieszane prawie do prędkości światła i zderzają się miliardy razy na sekundę, prawie dotarł do granic swoich możliwości. Doskonale poradził sobie z wykryciem Higgsa, ale nie nadaje się do szczegółowego jego badania.

Dlatego fizyki cząstek elementarnych wymagają nowego zderzacz cząstek, specjalnie zaprojektowanego do uruchomienia кучек бозонов Higgsa. Proponowano kilka projektów dla tych nowych potężnych maszyn i naukowcy mają nadzieję, że te fabryki Higgsa może pomóc znaleźć rozwiązania rażących słabych miejsc modelu Standardowego.

" nie jest pełną teorią wszechświata", mówi fizyk-eksperymentator cząstek Halina Abramowicz z Tel Aviv university. Na przykład, teoria ta nie wyjaśnia ciemną materię, niesklasyfikowane substancja, którego masa jest niezbędna do ewidencji kosmicznych obserwacji, takich jak ruch gwiazd w galaktykach. Ona również nie wyjaśnia, dlaczego Wszechświat składa się z materii, natomiast antymateria niezwykle rzadko.

Zwolennicy nowych zderzacz twierdzą, że dokładne badanie bozonu Higgsa może określić naukowcom na drodze do rozwiązania tych zagadek. Ale wśród naukowców dążenie do nowych kosztowne ускорителям nie jest dostępna na wszystkich. Ponadto nie jest jasne, co dokładnie można znaleźć takie maszyny.

Następne w kolejce

Pierwszy w kolejce stoi International linear collider na północy Japonii. W przeciwieństwie do ZBIORNIKA, w którym cząstki poruszają się po pierścieniu, MLK przyspiesza dwie wiązki cząstek w linii prostej, bezpośrednio na siebie, na całej swojej 20-kilometrowej długości. I zamiast naciskać razem protony, on sprawia, że elektrony i ich partnerów na антивеществу, a protony.

Jednak w grudniu 2018 roku interdyscyplinarny komitet rady Naukowej Japonii wystąpił przeciwko tego projektu, wzywając rząd zachować ostrożność z jego obsługą i zastanawiając się, sprawdzają, czy oczekiwane osiągnięcia naukowe cena hadronów, które obecnie szacuje się na 5 miliardów dolarów.

Zwolennicy twierdzą, że plan MLK przez zderzenia elektronów i позитронов, a nie protonów, ma kilka poważnych zalet. Elektrony i a protony — cząstki elementarne, czyli nie mają mniejszych komponentów, a protony składają się z mniejszych cząstek — kwarków. To znaczy, że zderzenia protonów będą bardziej nieregularne i tworzyć więcej bezużyteczne śmieci cząstek, który będzie musiał przesiać.

Ponadto, podczas zderzeń protonów tylko część energii każdego protonu w rzeczywistości wpada w starcie, podczas gdy w e-позитронных коллайдерах cząsteczki przenoszą w starcie pełną energii. To znaczy, że naukowcy mogą dostosować energię kolizji tak, aby zmaksymalizować ilość produkowanych бозонов Higgsa. W tym samym czasie, MLK wymaga tylko 250 miliardów elektronowolt do produkcji бозонов Higgsa w porównaniu z 13 bilionów elektron napięcia na ZBIORNIK.

U MLK "jakość otrzymywanych danych będzie znacznie wyższa", mówi fizyk cząstek elementarnych Lin Evans z genewskiego CERN. Jeden z każdy 100 kolizji na MLK będzie produkować bozon Higgsa, to jak na ZBIORNIK to zdarza się raz na 10 miliardów kolizji.

Oczekuje się, że rząd Japonii podejmie decyzję w коллайдеру w marcu. Evans mówi, że jeśli MLK zostanie zatwierdzony, na jego tworzenie zajmie około 12 lat. Później akcelerator będzie można również uaktualnić, aby zwiększyć energię, którą może osiągnąć.

U CERN istnieją plany stworzenia podobnej maszyny — Kompaktowego liniowego hadronów (KLIK). On również będzie przeciwstawiać elektrony i a protony, ale przy wyższych energiach, niż MLK. Jego energia rozpocznie się od 380 miliardów elektron-v i wzrośnie do 3 bilionów elektronowolt w serii aktualizacji. Aby dotrzeć do tych wyższych energii, należy opracować nową technologię akceleracji cząstek, a więc CLIC pojawi się wyraźnie nie wcześniej MLK, mówi Evans, przewodniczący współpraca naukowców obu projektów.

wyscigi

Dwóch innych zaplanowanych hadronów, w Chinach i w Europie, są okrągłe, jak ZBIORNIK, ale o wiele więcej: każdy talia 100 kilometrów. Jest to dość duży okrąg, aby dwukrotnie wiankiem kraju Liechtenstein. To praktycznie długość МКАДа.

Okrągłym elektroniczny-позитронный hadronów, miejsce którego budowa w Chinach jeszcze nie ustalono, będzie naciskać a protony, elektrony i na 240 mldelektron napięcia, zgodnie z концептуальному z planem, oficjalnie pokazany w listopadzie i chronionych Vanem i Instytutu fizyki wysokich energii. Ten akcelerator może być później zaktualizowany do сталкивания protonów na wysokich energii. Naukowcy twierdzą, że może rozpocząć budowę tej maszyny o wartości 5-6 mld dolarów do 2022 roku i zakończyć ją do 2030 roku.

I w Cern proponowany Przyszły okrągłe hadronów, BPC, będzie również angażować się w pracę etapami, strącając elektrony z позитронами, a później protony. Ostatecznym celem będzie osiągnięcie proton stosunek kolizji na 100 trylionach elektronowolt, że ponad siedem razy więcej niż w energię ZBIORNIK.

Tymczasem naukowcy zamknięty ZBIORNIK na dwa lata, usprawnia maszynę do pracy na wyższych energii. W 2026 roku zarabia ZBIORNIK z wysokiej светимостью, który zwiększy częstotliwość zderzeń protonów co najmniej pięć razy.

Portret Higgsa

Kiedy ZBIORNIK został zbudowany, naukowcy byli przekonani, że znajdą z jego pomocą bozon Higgsa. Ale z nowymi maszynami nie jest jasne, jakie nowe cząstki szukać. Będą skatalogowane, jak bardzo Hicks współdziała z innymi znanymi cząstkami.

Pomiaru interakcji Higgsa mogą potwierdzić oczekiwania modelu Standardowego. Ale jeśli obserwacje będą różnić się od oczekiwań, rozbieżność może pośrednio wskazywać na obecność czegoś nowego, takiego jak cząsteczki składające się na ciemną materię.

Niektórzy naukowcy mają nadzieję, że stanie się coś nieoczekiwanego. Bo sam bozon Higgsa — zagadka: te cząstki skraplają się w płyn, podobny do melasy. Dlaczego? Nie mamy pojęcia, mówi fizyk cząstek Michael Пескин z uniwersytetu Stanforda. Ten płyn przenika Wszechświat, spowolnienie cząstki i dając im ciężar.

Inna zagadka polega na tym, że masa Higgsa milion miliardów mniejsza od oczekiwanej. Ta inność może mówić o tym, że istnieją i inne cząstki. Wcześniej naukowcy sądzili, że będą w stanie odpowiedzieć na problemy Higgsa za pomocą teorii supersymetrią — spółgłoskę której każda cząsteczka jest bardziej ciężki partner. Ale do tego nie doszło, bo ZBIORNIK nie znalazłem żadnych śladów суперсимметричных cząstek.

Przyszłe коллайдеры mogą jednak znaleźć dowody supersymetrią lub w inny sposób wskazywać na nowe cząstki, ale tym razem naukowcy nie będą dawać obietnic. Teraz są już zajęci rozwój priorytetów i wniesienia argumentów na rzecz nowych zderzacz i innych eksperymentów w fizyce cząstek elementarnych. Jedno można powiedzieć na pewno: oferowane przez akceleratory będą odkrywać nieznane terytorium z nieprzewidywalnymi wynikami.

Nie przegap aktualizacji na ten temat w naszych kanałach