Физикадагы туюктан кантип чыгуу керек?
Кийинки муундагы бөлүкчөлөрдүн коллайдери миллиарддаган долларды талап кылат. Мындай аппараттарды Европада жана Кытайда куруу пландары бар, бирок окумуштуулар мунун мааниси барбы деген суроого жооп беришет. Балким, биз физикада ачылышка алып келе турган эксперименттердин жана изилдөөлөрдүн жаңы жолун издешибиз керектир?
Стандарттык модель бир нече жолу тастыкталган, анын ичинде Чоң Адрон Коллайдеринде (LHC), бирок ал физиканын бардык күтүүлөрүнө жооп бербейт. Ал караңгы заттын жана кара энергиянын бар экенин, же тартылуу күчү башка фундаменталдык күчтөрдөн эмне үчүн мынчалык айырмаланарын түшүндүрө албайт.
Мындай көйгөйлөр менен салттуу түрдө алектенген илимде бул гипотезаларды ырастоо же жокко чыгаруунун жолу бар. кошумча маалыматтарды чогултуу - бул учурда, жакшыраак телескоптор жана микроскоптор, балким, таптакыр жаңы, андан да чоңураак супер бампер ачылышына мүмкүнчүлүк түзөт суперсимметриялык бөлүкчөлөр.
2012-жылы Кытай Илимдер академиясынын Жогорку энергия физикасы институту гиганттык супер эсептегич куруу планын жарыялаган. Пландаштырылган Электрондук позитрондук коллайдер (CEPC) анын айланасы болжол менен 100 км болмок, бул LHCден дээрлик төрт эсе көп (1). Жооп катары, 2013-жылы, LHC оператору, башкача айтканда, CERN, деп аталган жаңы кагылышуу аппараты боюнча өзүнүн планын жарыялады. Future Circular Collider (FCC).
1. Пландаштырылган CEPC, FCC жана LHC ылдамдаткычтарынын өлчөмүн салыштыруу.
Бирок, окумуштуулар жана инженерлер бул долбоорлор эбегейсиз чоң инвестицияга татыктуу болобу деген суроону коюшууда. Бөлүкчөлөр физикасы боюнча Нобель сыйлыгынын лауреаты Чен-Нинг Ян үч жыл мурун өзүнүн блогунда жаңы суперсимметриянын жардамы менен суперсимметриянын издерин издөөнү сындап, муну “болжолдоо оюну” деп атаган. Абдан кымбат божомол. Аны Кытайдагы көптөгөн илимпоздор колдоп чыгышты, ал эми Европада илимдин көрүнүктүү ишмерлери FCC долбоору жөнүндө ушундай маанайда айтышты.
Бул тууралуу Gizmodo басылмасына Франкфурттагы Өркүндөтүлгөн изилдөө институтунун физики Сабина Хоссенфельдер билдирди. -
Күчтүү коллайдерлерди түзүү боюнча долбоорлордун сынчылары кырдаал ал курулгандан башкача экенин белгилешет. Ал тургай издеп жүргөнүбүз да убагында белгилүү болгон Богс Хиггс. Азыр максаттар азыраак аныкталган. Ал эми Хиггстин ачылышына ылайыкташтырылган Чоң Адрон Коллайдери тарабынан жүргүзүлгөн эксперименттердин жыйынтыгында жымжырттык - 2012-жылдан бери эч кандай ачылыштар жок - бир аз коркунучтуу.
Мындан тышкары, белгилүү, бирок, балким, универсалдуу эмес, чындык бар LHCдеги эксперименттердин натыйжалары жөнүндө биз билген нерселердин бардыгы ошол кезде алынган маалыматтардын 0,003% гана талдоодон келип чыгат. Биз жөн эле көтөрө алган жокпуз. Физиканын бизди ойлондурган чоң суроолоруна жооптордун биз ойлонбогон 99,997% экенин жокко чыгарууга болбойт. Демек, балким, сизге дагы бир чоң жана кымбат машина куруу үчүн эмес, көбүрөөк маалыматты талдоо жолун табуу керекпи?
Айрыкча, физиктер машинадан ого бетер сыгып кетүүгө үмүттөнүшкөндүктөн, муну эске алуу керек. Жакында башталган эки жылдык токтоп калуу (деп аталган) коллайдерди 2021-жылга чейин активдүү эмес кылып, техникалык тейлөөгө мүмкүндүк берет (2). Андан кийин ал 2023-жылга пландаштырылган, 2026-жылы негизги модернизациялоодон өткөнгө чейин окшош же бир аз жогорураак энергияда иштей баштайт.
Бул жаңыртуу бир миллиард долларды түзөт (FCCнин пландаштырылган наркына салыштырмалуу арзан), жана анын максаты деп аталган нерсени түзүү. Жогорку жарыктуулук-LHC. 2030-жылга чейин бул унаа секундасына жасаган кагылышуулардын санын он эсеге көбөйтүшү мүмкүн.
2. ЖЧКда оңдоо иштери
бул нейтрино болгон
Болушу күтүлгөнүнө карабастан, LHCде аныкталбаган бөлүкчөлөрдүн бири болуп саналат Wimp (-алсыз аракеттенүүчү массивдик бөлүкчөлөр). Бул гипотетикалык оор бөлүкчөлөр (10 ГэВ/с²ден бир нече ТеВ/с²ге чейин, ал эми протондун массасы 1 ГэВ/с²ден бир аз азыраак) алсыз өз ара аракеттенүү менен салыштырылуучу күч менен көзгө көрүнгөн зат менен өз ара аракеттенет. Алар ааламда кадимки материяга караганда беш эсе көп кездешкен караңгы материя деп аталган сырдуу массаны түшүндүрүшмөк.
LHCде эксперименталдык маалыматтардын бул 0,003% эч кандай WIMPs табылган жок. Бирок, бул үчүн арзан ыкмалары бар - мисалы. XENON-NT эксперименти (3), Италияда терең жер астындагы суюк ксенондун чоң идиштери жана изилдөө тармагына киргизилүүдө. Түштүк Дакотадагы LZ дагы бир чоң ксенон идишинде издөө 2020-жылы башталат.
Өтө сезгич ультра суук жарым өткөргүч детекторлордон турган дагы бир эксперимент деп аталат SuperKDMS SNOLAB, 2020-жылдын башында Онтариого маалыматтарды жүктөй баштайт. Ошентип, 20 кылымдын XNUMX-жылдарында бул сырдуу бөлүкчөлөрдү акыры "атып алуу" мүмкүнчүлүгү көбөйүүдө.
Уимптер илимпоздор издеген жалгыз караңгы зат эмес. Анын ордуна, эксперименттер нейтрино сыяктуу түздөн-түз байкоого мүмкүн эмес аксион деп аталган альтернативалуу бөлүкчөлөрдү чыгара алат.
Кийинки он жылдык нейтринолорго байланыштуу ачылыштарга таандык болушу абдан ыктымал. Алар ааламдагы эң көп бөлүкчөлөрдүн бири. Ошол эле учурда, изилдөө абдан кыйын бири, анткени нейтрино жөнөкөй зат менен абдан начар өз ара аракеттенет.
Окумуштуулар бул бөлүкчө үч өзүнчө деп аталган даамдан жана үч өзүнчө массалык абалдан тураарын көптөн бери билишкен, бирок алар даамдарга так дал келбейт жана ар бир даам кванттык механикадан улам үч массалык абалдын айкалышы. Окумуштуулар бул массалардын так маанисин жана ар бир жыпар жыттуу жыттарды түзүү үчүн бириктирилгенде пайда болуу тартибин билүүгө үмүттөнүшөт. сыяктуу эксперименттер Кэтрин Германияда, алар жакынкы жылдарда бул баалуулуктарды аныктоо үчүн зарыл болгон маалыматтарды чогултуу керек.
3. XENON-nT детекторунун модели
Нейтринолордун кызыктай касиеттери бар. Мисалы, космосто саякаттоодо, алар даамдардын ортосунда термелчүдөй. келген эксперттер Цзянмень жер астындагы нейтрино обсерваториясы Кытайда келерки жылы жакын жердеги атомдук электр станцияларынан бөлүнүп чыккан нейтринолор боюнча маалыматтарды чогулта башташы күтүлүүдө.
Мындай типтеги долбоор бар Супер Камиоканде, Японияда байкоолор көптөн бери жүрүп жатат. АКШ өзүнүн нейтрино сыноо аянтчаларын кура баштады. LBNF Иллинойс штатында жана тереңдикте нейтрино менен эксперимент ДУНЕ Түштүк Дакота штатында.
1,5 миллиард долларлык көп өлкө каржылаган LBNF/DUNE долбоору 2024-жылы башталып, 2027-жылга чейин толук ишке кириши күтүлүүдө. Нейтрино сырларын ачуу үчүн арналган башка эксперименттер кирет проспекти, Теннессидеги Oak Ridge улуттук лабораториясында жана кыска негизги нейтрино программасы, Фермилаб шаарында, Иллинойс штатында.
Өз кезегинде долбоордо Легенда-200, 2021-жылы ачылышы пландаштырылган, нейтриносуз кош бета ажыроо деп аталган феномен изилденет. Атомдун ядросундагы эки нейтрон бир эле учурда протондорго ажырайт деп болжолдонууда, алардын ар бири электронду жана , башка нейтрино менен байланышып, жок кылат.
Эгерде мындай реакция бар болсо, анда ал нейтринолордун өздөрүнүн антиматери экенин далилдеп, алгачкы аалам жөнүндөгү дагы бир теорияны кыйыр түрдө ырастап, эмне үчүн антиматерияга караганда көбүрөөк материя бар экенин түшүндүрөт.
Физиктер да акырында космоско кирип, ааламдын кеңейишине алып келген сырдуу кара энергияны изилдегиси келет. Караңгы энергия спектроскопиясы Курал (DESI) өткөн жылы гана иштей баштаган жана 2020-жылы ишке кириши күтүлүүдө. Чоң синоптикалык изилдөө телескобу Чилиде, Улуттук Илим Фонду / Энергетика департаменти тарабынан пилоттук, бул жабдууларды колдонуу менен толук кандуу изилдөө программасы 2022-жылы башталышы керек.
С другой стороны (4), өтүп бара жаткан он жылдыктын окуясы болуп калууга ниеттенген, акыры жыйырма жылдыктын каарманына айланат. Пландаштырылган издөөлөрдөн тышкары, галактикаларды жана алардын кубулуштарын байкоо аркылуу кара энергияны изилдөөгө салым кошот.
4. Джеймс Уэбб телескобунун визуализациясы
Эмнени сурайбыз
Жалпы түшүнүк менен айтканда, физика боюнча кийинки он жылдык ийгиликтүү болбойт, эгерде он жылдан кийин биз ошол эле жоопсуз суроолорду берип жатабыз. Каалаган жоопторубузду алганыбызда, ошондой эле таптакыр жаңы суроолор пайда болгондо жакшыраак болот, анткени физика эч качан "менин суроолорум жок" деп айта турган абалга ишене албайбыз.
