Чӣ тавр аз бунбасти физика баромадан мумкин аст?

Коллайдери насли ояндаи заррачаҳо миллиардҳо доллар арзиш дорад. Нақшаи сохтани чунин дастгоҳҳо дар Аврупо ва Чин вуҷуд дорад, аммо олимон савол медиҳанд, ки оё ин маъно дорад. Шояд мо бояд тарзи нави тачриба ва тадкикотро чустучу кунем, ки боиси пешравии физика шавад? 

Модели стандартӣ борҳо тасдиқ шудааст, аз ҷумла дар коллайдери калон (LHC), аммо он ба ҳама интизориҳои физика ҷавобгӯ нест. Он наметавонад асрори мавҷудияти материяи торик ва энергияи торикро шарҳ диҳад ё чаро ҷозиба аз дигар қувваҳои бунёдӣ ин қадар фарқ мекунад.

Дар илме, ки ба таври анъанавӣ бо чунин мушкилот сарукор дорад, роҳи тасдиқ ё рад кардани ин фарзияҳо вуҷуд дорад. ҷамъоварии маълумоти иловагӣ - дар ин ҳолат, аз телескопҳо ва микроскопҳои беҳтар ва шояд аз нав, ҳатто калонтар. супер бампер ки барои кашф шудан имконият фарохам меоварад зарраҳои суперсимметрӣ.

Дар соли 2012 Пажӯҳишгоҳи физикаи энергияи баланд дар Академияи илмҳои Чин нақшаи бунёди як ҳисобкунаки азимро эълон кард. Ба нақша гирифта шудааст Коллайдери электронии позитронӣ (CEPC) атрофи он тақрибан 100 км хоҳад буд, ки тақрибан чор маротиба аз LHC (1). Дар посух, дар соли 2013, оператори LHC, яъне CERN нақшаи худро барои як дастгоҳи нави бархӯрд эълон кард. Коллайдери ояндаи даврӣ (FCC).

1. Муқоисаи андозаҳои суръатбахшҳои ба нақша гирифташудаи CEPC, FCC ва LHC.

Бо вуҷуди ин, олимон ва муҳандисон дар ҳайрат ҳастанд, ки оё ин лоиҳаҳо ба маблағи сармоягузории бузург меарзанд. Чен-Нинг Янг, барандаи ҷоизаи Нобел дар физикаи зарраҳо, се сол пеш дар блоги худ аз ҷустуҷӯи осори суперсиметрия бо истифода аз суперсимметрияи нав интиқод карда ва онро "бозии тахминӣ" номид. Як тахмини хеле гарон. Уро бисьёр олимони Хитой ва дар Европа равшанфикрони илм дар бораи лоихаи FCC бо хамин рухия сухан ронданд.

Дар ин бора ба Gizmodo Сабин Ҳоссенфелдер, физики Пажӯҳишгоҳи такмили ихтисос дар Франкфурт хабар дод. -

Мунаққидони лоиҳаҳои эҷоди коллайдерҳои пурқувват қайд мекунанд, ки вазъият аз замони сохта шудани он фарқ мекунад. Он вақт маълум буд, ки мо ҳатто ҷустуҷӯ дорем Богс Хиггс. Холо максадхо кам муайян карда шудаанд. Ва хомӯшӣ дар натиҷаҳои таҷрибаҳое, ки Коллайдери Калон Адрон барои мутобиқ кардани кашфи Хиггс такмил дода шудааст, бидуни бозёфтҳои пешрафт аз соли 2012 то ҳадде даҳшатовар аст.

Илова бар ин, як далели маъруф, вале шояд универсалӣ нест, ки ҳама чизе ки мо дар бораи натиҷаҳои таҷрибаҳо дар LHC медонем, аз таҳлили танҳо тақрибан 0,003% маълумоти дар он вақт гирифташуда бармеояд. Мо танҳо аз ӯҳдаи бештар гирифта натавонистем. Инро истисно кардан мумкин нест, ки ҷавобҳо ба саволҳои бузурги физика, ки моро ташвиш медиҳанд, аллакай дар 99,997% ҳастанд, ки мо баррасӣ накардаем. Пас, шояд ба шумо на он қадар зиёд лозим аст, ки боз як мошини калон ва гаронбаҳоро созед, балки роҳи таҳлили маълумоти бештарро пайдо кунед?

Инро ба назар гирифтан бамаврид аст, хусусан азбаски физикҳо умедворанд, ки аз мошин боз ҳам бештар фишурда шаванд. Муддати дусолаи бекористӣ (ба истилоҳ), ки ба наздикӣ оғоз шуд, коллайдерро то соли 2021 ғайрифаъол нигоҳ медорад ва барои нигоҳдорӣ имкон медиҳад (2). Он пас аз он бо энергияи шабеҳ ё то ҳадде баландтар ба кор шурӯъ мекунад, пеш аз он ки дар соли 2023 такмили ҷиддӣ гузарад ва анҷоми он дар соли 2026 ба нақша гирифта шудааст.

Ин модернизация як миллиард долларро талаб мекунад (нисбат ба арзиши пешбинишудаи FCC арзон) ва ҳадафи он эҷоди ба ном аст. Равшании баланд-LHC. То соли 2030, ин метавонад шумораи бархӯрдҳои мошин дар як сонияро даҳ маротиба афзоиш диҳад.

2. Корхои таъмир дар ЛХК

он нейтрино буд

Яке аз зарраҳое, ки дар LHC ошкор нашудаанд, гарчанде ки интизор мерафт, ин аст WIMP (-заррачахои массиви суст таъсиркунанда). Инҳо заррачаҳои вазнини гипотетикӣ мебошанд (аз 10 ГэВ/с² то якчанд ТеВ/с², дар ҳоле ки массаи протон каме камтар аз 1 ГэВ/с² аст) бо материяи намоён бо қувваи муқоисашаванда бо таъсири мутақобилаи суст амал мекунанд. Онҳо як массаи пурасрореро, ки материяи торик ном дорад, шарҳ медоданд, ки дар коинот нисбат ба материяи оддӣ панҷ маротиба бештар маъмул аст.

Дар LHC, дар ин 0,003% маълумоти таҷрибавӣ ягон WIMP ёфт нашуд. Аммо, усулҳои арзонтар барои ин вуҷуд доранд - масалан. Таҷрибаи XENON-NT (3), як зарфи бузурги ксенони моеъ дар зери замин дар Италия ва дар ҷараёни ба шабакаи тадқиқотӣ ворид шудан. Дар зарфи дигари бузурги ксенон, LZ дар Дакотаи Ҷанубӣ, ҷустуҷӯ ҳанӯз соли 2020 оғоз мешавад.

Таҷрибаи дигаре, ки аз детекторҳои нимноқилҳои хеле ҳассоси ултрасармо иборат аст, номида мешавад SuperKDMS SNOLAB, Боркунии маълумот ба Онтарио дар аввали соли 2020 оғоз хоҳад кард. Ҳамин тавр, имкони ниҳоят "паррондан" ин зарраҳои пурасрор дар солҳои 20-уми асри XNUMX меафзояд.

Вимпҳо ягона номзадҳои материяи торик нестанд, ки олимон дар пай доранд. Ба ҷои ин, таҷрибаҳо метавонанд зарраҳои алтернативӣ ба вуҷуд оранд, ки аксҳо ном доранд, ки онҳоро мустақиман ба монанди нейтрино мушоҳида кардан мумкин нест.

Эҳтимолияти зиёд дорад, ки даҳсолаи оянда ба кашфиётҳои марбут ба нейтрино тааллуқ дорад. Онҳо дар байни зарраҳои фаровонтарин дар коинот мебошанд. Дар айни замон, яке аз душвортарин омӯзиши онҳо, зеро нейтрино бо материяи оддӣ хеле суст ҳамкорӣ мекунанд.

Олимон кайҳо боз медонанд, ки ин зарра аз се мазза ба истилоҳ ва се ҳолати массаи алоҳида иборат аст - аммо онҳо комилан ба мазза мувофиқат намекунанд ва ҳар як мазза аз сабаби механикаи квантӣ омезиши се ҳолати оммавӣ мебошад. Муҳаққиқон умедворанд, ки маънои дақиқи ин массаҳо ва тартиби пайдоиши онҳоро ҳангоми якҷоя кардани ҳар як хушбӯй пайдо кунанд. Тачрибахо ба монанди Кэтрин дар Олмон, онҳо бояд маълумоти заруриро барои муайян кардани ин арзишҳо дар солҳои оянда ҷамъоварӣ кунанд.

3. Модели детектори XENON-nT

Нейтриноҳо хосиятҳои аҷиб доранд. Масалан, дар фазо саёҳат кардан, ба назар чунин менамояд, ки онҳо дар байни завқ меларзад. Мутахассисон аз Расадхонаи зеризаминии нейтринои Цзянмен дар Хитой, ки бояд соли оянда ба чамъоварии маълумот дар бораи нейтринохое, ки аз станцияхои электрикии атомии наздики он мебароянд, шуруъ кунанд.

Чунин лоиҳа вуҷуд дорад Супер Камиоканда, мушохидахо дар Япония кайхо боз давом доранд. ИМА ба сохтани сайтҳои озмоишии нейтриноии худ шурӯъ кард. ЛБНФ дар Иллинойс ва таҷриба бо нейтрино дар амиқ ДУНЕ дар Дакотаи Ҷанубӣ.

Интизор меравад, ки лоиҳаи LBNF/DUNE, ки аз ҷониби бисёр кишварҳо маблағгузорӣ мешавад, маблағи 1,5 миллиард доллар дар соли 2024 оғоз ёфта, то соли 2027 пурра ба кор андохта шавад. Таҷрибаҳои дигаре, ки барои кушодани асрори нейтрино пешбинӣ шудаанд, дохил мешаванд ХИЁБОН, дар Лабораторияи миллии Оук Риҷ дар Теннесси ва барномаи кӯтоҳи нейтрино, дар Фермилаб, Иллинойс.

Дар навбати худ, дар лоиха Афсона-200, Ба нақша гирифта шудааст, ки дар соли 2021 кушода шавад, падидае, ки бо номи таназзули дукаратаи бета-нейтрино маълум аст, омӯхта мешавад. Тахмин меравад, ки ду нейтрон аз ядрои атом дар як вақт ба протонҳо таҷзия мешаванд, ки ҳар яки онҳо як электрон ва , бо дигар нейтрино дар тамос мешавад ва нест мешавад.

Агар чунин реаксия вуҷуд дошта бошад, он далел мебуд, ки нейтрино антиматтерии худи онҳост ва бавосита назарияи дигарро дар бораи коиноти ибтидоӣ тасдиқ мекунад - мефаҳмонад, ки чаро материя бештар аз антиматтер вуҷуд дорад.

Физикҳо инчунин мехоҳанд, ки ниҳоят ба энергияи торикии пурасрор, ки ба кайҳон меафтад ва боиси васеъ шудани коинот мегардад, бубинанд. Спектроскопияи энергияи торик Восита (DESI) танҳо соли гузашта ба кор шурӯъ кард ва интизор меравад, ки дар соли 2020 ба кор андохта шавад. Телескопи калони тадқиқотии синоптикӣ дар Чили, ки аз ҷониби Бунёди Миллии Илм / Департаменти Энергетика озмоиш карда шудааст, як барномаи мукаммали тадқиқотӣ бо истифода аз ин таҷҳизот бояд дар соли 2022 оғоз шавад.

аз тарафи дигар (4), ки ба вокеаи дахрузаи гу-зашта табдил дода шуда буд, нихоят кахрамони XNUMX-сола хохад шуд. Илова ба ҷустуҷӯҳои ба нақша гирифташуда, он ба омӯзиши энергияи торик тавассути мушоҳидаи галактикаҳо ва падидаҳои онҳо мусоидат мекунад.

4. Намоиши телескопи Ҷеймс Вебб

Мо чӣ мепурсем

Ба ақли солим, даҳсолаи оянда дар физика муваффақ нахоҳад шуд, агар даҳ сол пас мо ҳамон саволҳои беҷавобро пурсем. Вақте ки мо ҷавобҳои дилхоҳамонро ба даст меорем, хеле беҳтар хоҳад шуд, аммо инчунин ҳангоми ба миён омадани саволҳои комилан нав, зеро мо наметавонем ба вазъияте умед бастан, ки физика дар он бигӯяд: "Ман дигар савол надорам".