Drømmen om fysikere: hvad colliders ville være meget køligere end Large hadron?

Hvis fysik af elementarpartikler får deres vilje, nye acceleratorer, der vil være i stand ene dag til omhyggeligt at undersøge de nysgerrige sub-atomar partikel i fysik — Higgs-partiklen. Seks år efter opdagelsen af denne partikel i Large hadron Collider, fysikere, der planlægger en stor ny maskine, der vil vare i ti kilometer i Europa, Japan eller Kina.

Nye colliders: hvad er de

Opdagelsen af denne subatomar partikel, der afslører oprindelsen af massen, der førte til afslutningen af den Standard model — en omfattende teori om partikelfysik. Og også var en milepæl for LHC, i øjeblikket den største accelerator i verden — efter at alle, søge efter Higgs-partiklen, men ikke kun, det blev bygget.

Nu fysikere ønsker at gå dybt ind i de mysterier af Higgs-bosonen i håb om at det vil være nøglen til at løse langvarige problemer i fysik af partikler. “Higgs-partiklen er speciel,” siger fysiker Ipang van, Direktør for Institut for høj energi fysik i Beijing. “Vi tror på, at Higgs er et vindue til fremtiden”.

Large hadron Collider, aka LHC, der består af en ring i en længde af 27 kilometer, inden i hvilken de protoner, der er accelereret til næsten lysets hastighed, og kolliderer milliarder af gange per sekund, næsten nået grænsen for deres formåen. Han klaret godt med opdagelsen af Higgs, men ikke egnet til nærmere undersøgelse.

Så partikel fysik, kræver en ny type partikel Collider designet til at køre masser af Higgs-bosoner. Det blev foreslået, at flere projekter for disse nye kraftfulde maskiner, og forskerne håber, at disse fabrikker Higgs kunne bidrage til at finde løsninger på de åbenlyse svagheder i Standard modellen.

“Standard modellen er ikke en komplet teori om universet,” siger eksperimenterende fysiker partikel Galina Abramovich af tel Aviv University. For eksempel, denne teori ikke forklare mørkt stof, et ukendt stof, masse, som er nødvendig at tage højde for plads observationer, så som bevægelsen af stjerner i galakser. Det kan heller ikke forklare, hvorfor universet er lavet af stof, mens antistof er meget sjældne.

Tilhængere af den nye colliders argumentere for, at en omhyggelig undersøgelse af Higgs-bosonen kan pege forskere mod at løse disse mysterier. Men blandt forskere stræber efter nye dyre acceleratorer er ikke understøttet. Det er desuden uklart, at det kan finde disse maskiner.

Næste i rækken

Første i rækken er det international linear Collider i den Nordlige del af Japan. I modsætning til LHC, hvor partikler bevæge sig på en ring af MLK accelererer to stråler af partikler i en lige linje direkte på hinanden, i alle dens 20 km længde. Og i stedet for at forsøge at presse protoner sammen, det skubber elektroner og deres antistof partnere, deles i mindre bestanddele.

Men i December 2018, en tværfaglig Komité af Science Council of Japan imod projektet, opfordrer regeringen til at udvise forsigtighed med sin støtte og stille de spørgsmål, begrunde de forventede videnskabelige resultater udgifterne til Collider, som i øjeblikket er anslået til $ 5 milliarder.

Tilhængere hævder, at den plan, MLK kollisioner af elektroner deles i mindre bestanddele, og ikke protoner, har en række store fordele. Elektroner deles i mindre bestanddele er elementære partikler, dvs at de har mindre komponenter, og protoner består af mindre partikler — kvarker. Dette betyder, at kollision af protoner vil være mere kaotisk og skabe mere ubrugeligt skrald partikler, som bliver nødt til at finkæmme igennem.

Desuden, i kollisioner af protoner kun en del af den energi, hver proton faktisk kommer i forbindelse med en kollision, der henviser til, at i elektron-positron colliders de partikler, der er overført til clash fuld af energi. Dette betyder, at forskere kan indstille kollision energi til at maksimere antallet af producerede Higgs-bosoner. På samme tid, MLK vil kræve, at kun 250 milliarder elektron volt til produktion af Higgs-bosoner i forhold til 13 billioner elektron volt i TANKEN.

Fra MLK, “kvaliteten af data vil være meget højere,” siger fysikeren af elementære partikler Lyn Evans fra CERN, Genève. En ud af hver 100 kollisioner på MLK vil producere Higgs-partiklen, mens der ved LHC dette sker hvert 10 milliarder kollisioner.

Det forventes, at den Japanske regering ikke vil tage en beslutning om Collider i Marts. Evans siger, at hvis MLK er godkendt, vil det tage omkring 12 år. Senere, speederen kan også opgraderes til at øge energi, som det kan opnå.

På CERN er der planer om at oprette en lignende maskine — den Kompakte lineære Collider (CLIC). Det vil også skubbe elektroner deles i mindre bestanddele, men ved højere energier end MLK. Hans energi vil starte fra 380 milliarder elektron volt, og vil stige til 3 billioner elektron volt i en række opdateringer. For at opnå disse højere energier, er det nødvendigt at udvikle en ny teknologi til at accelerere partikler, og derefter CLIC synes tydeligvis ikke, før MLK, siger Evans, der er leder af samarbejde med forskere af begge projekter.

Kører i en cirkel

To andre planlagte Collider i Kina og Europa, vil være runde som TANK, men en masse mere: hver med en omkreds af 100 km. Dette er en temmelig stor kreds til dobbelt cirkel land Liechtenstein. Det er næsten længde af ringvejen.

Den cirkulære electron positron Collider, konstruktion, som i Kina, er endnu ikke fastlagt, vil skubbe de elektroner deles i mindre bestanddele 240 milliarder elektron volt, i henhold til den konceptuelle plan, som formelt blev fremlagt i November, og beskyttet af van og Institut for høj energi fysik. Denne accelerator kan være senere opdateret til at kollidere protoner med høj energi. Forskere siger, at kunne begynde at bygge denne maskine koster 5-6 milliarder dollars inden 2022, og er færdig i 2030.

Og på CERN de foreslåede Fremtidige cirkulære Collider, BPC vil også begynde drift i etaper, som kolliderer elektronerne med kan deles i mindre bestanddele, protoner og senere. Det ultimative mål vil være at nå frem til proton kollisioner ved 100 billioner elektron volt, hvilket er mere end syv gange den energi-TANK.

I mellemtiden, forskere lukke LHC i to år, at opgradering af maskinen til at arbejde ved højere energi. I 2026 tjene en TANK med høj lysstyrke, som vil øge hyppigheden af kollisioner af protoner mindst fem gange.

Et Portræt Af Higgs

Når TANKEN blev bygget, var forskere var temmelig sikker på, at du vil finde med den Higgs-bosonen. Men med nye maskiner det er uklart, hvilke nye partikler at se til. De er simpelthen til katalog, hvor kraftigt Higgs interagerer med andre kendte partikler.

Måling af interaktioner af Higgs kan bekræfte forventninger Standard modellen. Men hvis observation afviger fra forventningerne, er den uoverensstemmelse, som indirekte kan indikere tilstedeværelsen af noget nyt, som de partikler, der udgør det mørke stof.

Nogle forskere håber, at der vil være noget uventet. Fordi Higgs-bosonen mysterium: congenerous disse partikler i væske, svarende til melasse. Hvorfor? Vi har ingen idé om, siger fysiker partikler Michael Peskin fra Stanford University. Denne væske gennemsyrer Universet og bremse af partikler og give dem vægt.

Et andet mysterium er, at massen af Higgs-i en million milliard mindre end forventet. Denne særhed tyder på, at der er andre partikler. Tidligere har forskere troet, at der kan svare på de problemer af Higgs-ved hjælp af teorien om supersymmetri — en konsonant, hvor hver partikel har en tungere partner. Men dette skete ikke, fordi TANKEN fandt ingen spor af supersymmetriske partikler.

Fremtiden colliders kan stadig finde beviser af supersymmetri eller på anden måde antydning af nye partikler, men det vil forskerne ikke give løfter. Nu er de mere engagerede i udviklingen af prioriteter og bringe argumenter til fordel for den nye colliders og andre eksperimenter i partikelfysik. Én ting er sikkert: de foreslåede accelerator vil udforske ukendt territorium med uforudsigelige resultater.

Gå ikke glip af opdateringer om dette emne i vores kanaler i Telegrammet.


Date:

by