Om fysik, elementarpartiklar får sin vilja fram, nya acceleratorer kan en dag för att grundligt utforska nyfiken sub-atomära partiklar i fysik — Higgsbosonen. Sex år efter upptäckten av denna partikel vid Large hadron Collider, fysiker planerar en enorm ny maskin som kommer att pågå i tiotals kilometer i Europa, Japan eller Kina.
Nya colliders: vad är de
Upptäckten av denna subatomär partikel, som avslöjar ursprunget av massa, ledde till slutförandet av Standard modell — en omfattande teori om partikelfysik. Och var också en milstolpe för LHC, för närvarande den största acceleratorn i världen — efter alla, sökandet efter Higgsbosonen, men inte bara, det byggdes.
Nu fysiker vill gå djupt in i de mysterier av Higgsbosonen i hopp om att det kommer att vara nyckeln till att lösa de utdragna problemen i fysik av partiklar. “Higgs partikel är speciell, säger fysikern Ipang van, Direktör för Institutet för högenergifysik i Peking. “Vi tror att Higgs är ett fönster mot framtiden”.
Large hadron Collider, aka LHC, som består av en ring med en längd av 27 kilometer, inuti som protonerna accelereras till nästan ljusets hastighet och kolliderar miljarder gånger per sekund, nästan nått gränsen för sin kapacitet. Han klarade sig väl med upptäckten av Higgs, men inte lämpliga för detaljerad studie.
Så partikel fysik kräver en ny typ av partikel Collider är designad för att köra massor av Higgs-bosoner. Det föreslogs flera projekt för dessa nya kraftfulla maskiner, och forskarna hoppas att dessa fabriker Higgs skulle kunna bidra till att hitta lösningar på uppenbara svagheter i standardmodellen.
“Standard modell är inte en fullständig teori om universum, säger experimentell fysiker partikel Galina Abramovich av tel Aviv University. Till exempel, denna teori inte förklara mörk materia, ett oidentifierat ämne, massan som är nödvändig för att ta hänsyn till utrymme observationer, såsom förflyttning av stjärnor i galaxer. Det är också inte förklara varför universum består av materia, medan antimaterien är mycket sällsynt.
Anhängare av den nya colliders hävdar att en noggrann studie av Higgsbosonen kan peka forskare för att lösa dessa mysterier. Men bland forskare att sträva efter nya kostsamma acceleratorer stöds inte. Förutom att det är oklart att det kan hitta dessa maskiner.
Nästa i raden
Först i raden är international linear Collider i Norra Japan. Till skillnad från LHC, där partiklar flytta på en ring av MLK accelererar två balkar av partiklar i en rak linje direkt på varandra, i alla dess 20-mils längd. Och istället för att försöka skjuta protoner tillsammans, det skjuter elektroner och deras antimateria partner, positroner.
Men i December 2018, en tvärvetenskaplig Kommitté för Science Council of Japan emot projektet, som uppmanar regeringen att vara försiktig med sitt stöd och ställa frågan, motivera den förväntade vetenskapliga landvinningar kostnaden för Collider, som för närvarande uppskattas till 5 miljarder dollar.
Anhängare hävdar att planen MLK kollisioner mellan elektroner och positroner, och inte protoner, har ett antal stora fördelar. Elektroner och positroner elementära partiklar, det vill säga de har mindre komponenter, protoner och består av mindre partiklar — kvarkar. Detta innebär att en kollision mellan protoner kommer att vara mer kaotisk och skapa mer värdelösa sopor partiklar, som kommer att sålla igenom.
Dessutom, i kollisioner mellan protoner endast en del av energin i varje proton faktiskt hamnar i en kollision, medan det i elektron-positron colliders de partiklar som överförs i krocken full av energi. Detta innebär att forskarna kan ställa in kollision med energi för att maximera antalet producerade Higgs bosoner. Vid samma tid, MLK kommer att kräva endast 250 miljarder elektron volt för produktion av Higgs-bosoner jämfört med 13 biljoner elektron volt i TANKEN.
Från MLK, “kvalitet data kommer att vara mycket högre, säger fysikern av elementära partiklar Lyn Evans i CERN, Genève. En av alla 100 kollisioner på MLK kommer att producera Higgsbosonen, medan LHC detta händer varje 10 miljarder kollisioner.
Det förväntas att den Japanska regeringen kommer att fatta ett beslut om Lhc i Mars. Evans säger att om MLK är godkänd, det kommer att ta ca 12 år. Senare, gaspedalen kan även uppgraderas för att öka energi, som man kan uppnå.
Vid CERN-det finns planer på att skapa en liknande maskin — Compact linear Collider (CLIC). Det kommer också att driva elektroner och positroner, men vid högre energier än MLK. Hans energi kommer att starta från 380 miljarder elektron volt och kommer att öka till 3 biljoner elektron volt i en rad uppdateringar. För att uppnå dessa högre energier, är det nödvändigt att utveckla en ny teknik för att påskynda partiklar, och sedan KLICKA verkar helt klart inte innan MLK, säger Evans, som leder samarbete med forskare i de båda projekten.
Kör i en cirkel
Två andra planerade Lhc i Kina och Europa, kommer att vara runt så som TANK, men en hel del mer: var och en med en omkrets på 100 kilometer. Detta är en ganska stor cirkel för att dubbel cirkel landet Liechtenstein. Det är nästan längden på ringvägen.
Den cirkulära elektron-positron Collider, den konstruktion som i Kina är ännu inte definierad, kommer att driva elektroner och positroner 240 miljarder elektron volt, enligt den konceptuella plan som var formellt lade fram i November och skyddas av van och Institutet för högenergifysik. Detta accelerator kan vara senast uppdaterad för att kollidera protoner vid höga energier. Forskare säger att det kan börja byggandet av denna maskin kostar 5-6 miljarder dollar till 2022 och avsluta med 2030.
Och vid CERN den föreslagna Framtida cirkulär Collider, BPC kommer också att starta driften i etapper, genom att kollidera elektroner med positroner, protoner och senare. Det slutliga målet är att nå proton kollisioner på 100 biljoner elektron volt, vilket är mer än sju gånger den energi som TANK.
Under tiden, forskare stänga LHC för två år, för att uppgradera maskinen att arbeta på högre energi. 2026 tjäna en TANK med hög ljusstyrka, vilket kommer att öka frekvensen av kollisioner mellan protoner minst fem gånger.
Ett Porträtt Av Higgs
När TANKEN var byggt, forskare var ganska övertygade om att du kommer att hitta med det Higgsbosonen. Men med nya maskiner det är oklart vad den nya partiklar att leta efter. De är helt enkelt för att katalogisera hur starkt Higgs interagerar med andra kända partiklar.
Mätning av interaktioner av Higgs kan bekräfta de förväntningar modell. Men om observation skiljer sig från förväntningar, skillnaden indirekt kan indikera närvaron av något nytt, som partiklarna som utgör mörk materia.
Vissa forskare hoppas att det kommer att vara något oväntat. Eftersom Higgsbosonen mysterium: congenerous dessa partiklar i vätskan, som liknar sirap. Varför? Vi har ingen aning, säger fysikern partiklar Michael Peskin från Stanford University. Denna vätska genomsyrar Universum och saktar ner av partiklar och ger dem tyngd.
Ett annat mysterium är att massan av Higgs i en miljon miljarder kronor mindre än väntat. Denna underlighet tyder på att det finns andra partiklar. Tidigare har forskare trott att besvara problem av Higgs med hjälp av teorin om supersymmetri — en konsonant där varje partikel har en tyngre partner. Men detta hände inte, eftersom TANKEN inte funnit några spår av supersymmetriska partiklar.
Framtida colliders kan fortfarande hitta bevis för supersymmetri eller på annat sätt antydan till att nya partiklar, men de kommer inte att ge löften. Nu är de mer engagerade i utvecklingen av prioriteringar och föra fram argument för den nya colliders och andra experiment inom partikelfysik. En sak är säker: den föreslagna accelerator kommer att utforska okänt territorium, med oförutsägbara resultat.
Missa inte uppdateringar om detta ämne i våra kanaler i Telegram.