Kumaha carana kaluar tina impasse dina fisika?
The collider partikel generasi saterusna bakal ngarugikeun milyaran dollar. Aya rencana pikeun ngawangun alat sapertos kitu di Éropa sareng Cina, tapi para ilmuwan naroskeun naha ieu masuk akal. Panginten urang kedah milarian cara ékspérimén sareng panilitian énggal anu bakal ngakibatkeun terobosan dina fisika?
Modél Standar geus sababaraha kali dikonfirmasi, kaasup dina Large Hadron Collider (LHC), tapi teu minuhan sakabeh ekspektasi fisika. Éta henteu tiasa ngajelaskeun misteri sapertos ayana zat poék sareng énergi poék, atanapi kunaon gravitasi béda pisan sareng kakuatan dasar anu sanés.
Dina elmu tradisional kaayaan masalah sapertos, aya cara pikeun mastikeun atawa refute hipotesis ieu. ngumpulkeun data tambahan - dina hal ieu, ti teleskop hadé tur mikroskop, sarta meureun ti lengkep anyar, malah leuwih badag bemper super nu bakal nyieun kasempetan pikeun kapanggih partikel supersimétri.
Dina 2012, Institute of High Energy Physics of Chinese Academy of Sciences ngumumkeun rencana pikeun ngawangun counter super raksasa. Direncanakeun Collider Positron Éléktron (CEPC) éta bakal mibanda kuriling kira-kira 100 km, ampir opat kali keliling LHC (1). Salaku tanggepan, dina 2013, operator LHC, nyaéta CERN, ngumumkeun rencanana pikeun alat tabrakan anyar anu disebut. Future Circular Collider (FCC).
1. Ukuran ngabandingkeun tina rencanana CEPC, FCC na LHC akselerator.
Nanging, para ilmuwan sareng insinyur naroskeun naha proyék-proyék ieu bakal janten investasi anu ageung. Chen-Ning Yang, anu meunang Hadiah Nobel dina fisika partikel, ngritik milarian jejak supersymmetry nganggo supersymmetry anyar tilu taun ka pengker dina blog na, nyebatna "game guessing". Hiji tebakan pisan mahal. Anjeunna echoed ku loba élmuwan di Cina, sarta di Éropa, nu luminaries elmu spoke dina sumanget anu sarua ngeunaan proyék FCC.
Ieu dilaporkeun ka Gizmodo ku Sabine Hossenfelder, saurang fisikawan di Institute for Advanced Study di Frankfurt. -
Kritikus proyék pikeun nyieun colliders leuwih kuat dicatet yén kaayaan téh béda ti nalika eta diwangun. Ieu dipikawanoh dina waktu nu urang malah pilari Bogs Higgs. Ayeuna tujuanana kirang ditetepkeun. Sareng tiiseun dina hasil percobaan anu dilakukeun ku Large Hadron Collider ditingkatkeun pikeun nampung panemuan Higgs - kalayan henteu aya terobosan ti saprak 2012 - rada pikasieuneun.
Sajaba ti éta, aya hiji well-dipikawanoh, tapi sugan teu universal, kanyataan yén sagalana urang terang ngeunaan hasil percobaan di LHC asalna tina analisis ngan ngeunaan 0,003% tina data diala lajeng. Urang ngan teu bisa nanganan leuwih. Teu tiasa diputuskeun yén jawaban kana patarosan-patarosan hébat fisika anu ngaganggu urang parantos aya dina 99,997% anu teu acan urang pertimbangkeun. Janten panginten anjeun henteu peryogi pisan pikeun ngawangun mesin anu ageung sareng mahal, tapi milarian cara pikeun nganalisis langkung seueur inpormasi?
Eta sia tempo, utamana saprak fisikawan ngaharepkeun squeeze malah leuwih kaluar tina mesin. A downtime dua taun (disebutna) nu dimimitian anyar bakal tetep collider teu aktip nepi ka 2021, sahingga pikeun pangropéa (2). Éta teras bakal ngamimitian beroperasi dina énergi anu sami atanapi langkung luhur, sateuacan ngalaman pamutahiran utama dina 2023, sareng parantosan dijadwalkeun pikeun 2026.
pamutahiran Ieu bakal ngarugikeun hiji miliar dollar (mirah dibandingkeun biaya rencanana tina FCC), sarta tujuanana nyaéta pikeun nyieun hiji disebut. Luhur Luminositas-LHC. Ku 2030, ieu bisa ningkatkeun sapuluh kali lipat jumlah tabrakan hiji mobil ngahasilkeun per detik.
2. Ngalereskeun karya dina LHC
éta neutrino
Salah sahiji partikel nu teu kauninga dina LHC, sanajan ieu diperkirakeun mangrupa WIMP (-weakly interacting partikel masif). Ieu mangrupikeun partikel beurat hipotétis (tina 10 GeV / s² dugi ka sababaraha TeV / s², sedengkeun massa proton rada kirang ti 1 GeV / s²) berinteraksi sareng materi anu katingali kalayan gaya anu dibandingkeun sareng interaksi lemah. Aranjeunna bakal ngajelaskeun jisim misterius anu disebut masalah poék, anu lima kali langkung umum di jagat raya tibatan masalah biasa.
Di LHC, teu aya WIMP anu kapanggih dina 0,003% ieu data ékspérimén. Nanging, aya metode anu langkung mirah pikeun ieu - contona. percobaan XENON-NT (3), a tong badag tina xenon cair jero jero taneuh di Italia sarta dina prosés keur fed kana jaringan panalungtikan. Dina tong badag xenon sejen, LZ di South Dakota, pilarian bakal dimimitian salaku awal salaku 2020.
Percobaan sejen, diwangun ku supersensitive ultracold detéktor semikonduktor, disebut SuperKDMS SNOLAB, bakal ngamimitian unggah data ka Ontario dina awal 2020. Janten kamungkinan tungtungna "némbak" partikel misterius ieu dina 20s abad ka-XNUMX ningkat.
Wimps sanes hiji-hijina masalah gelap calon ilmuwan anu sanggeus. Gantina, percobaan bisa ngahasilkeun partikel alternatif disebut axions nu teu bisa langsung dititénan kawas neutrino.
Hal ieu kacida dipikaresep yén dékade hareup bakal milik papanggihan nu patali jeung neutrino. Aranjeunna diantara partikel paling loba pisan di jagat raya. Dina waktu nu sarua, salah sahiji anu pang hese diajar, sabab neutrino berinteraksi pisan lemah jeung zat biasa.
Élmuwan geus lila nyaho yén partikel ieu diwangun ku tilu misah disebut rasa jeung tilu kaayaan massa misah - tapi maranéhna teu persis cocog rasa, sarta unggal rasa mangrupakeun kombinasi tilu kaayaan massa alatan mékanika kuantum. Para panalungtik miharep pikeun manggihan harti pasti tina massa ieu jeung urutan nu maranéhna muncul nalika aranjeunna digabungkeun pikeun nyieun unggal seungit. Percobaan sapertos KATHERINE di Jerman, maranéhanana kudu ngumpulkeun data diperlukeun pikeun nangtukeun nilai ieu dina taun datang.
3. Modél detektor XENON-nT
Neutrino boga sipat aneh. Iinditan di rohangan, contona, aranjeunna sigana osilasi antara rasa. Ahli ti Jiangmen Underground Neutrino Observatorium di Cina, nu diperkirakeun mimiti ngumpulkeun data dina neutrino dipancarkeun ti PLTN caket dieu taun hareup.
Aya proyék tipe ieu Super-Kamiokande, observasi di Jepang geus lila dilakukeun. AS parantos ngamimitian ngawangun situs tés neutrino sorangan. LBNF di Illionis sarta percobaan kalawan neutrino di jero DUNE di South Dakota.
Proyék LBNF/DUNE anu dibiayaan ku multi-nagara $ 1,5 milyar diperkirakeun dimimitian dina 2024 sareng tiasa beroperasi pinuh ku 2027. percobaan séjén dirancang pikeun muka konci rusiah neutrino ngawengku AVENUE, di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennesse, jeung program neutrino dasar pondok, di Fermilab, Illionis.
Sabalikna, dina proyék Katerangan-200, Dijadwalkeun dibuka taun 2021, fenomena anu katelah buruk béta ganda neutrinoless bakal ditaliti. Hal ieu dianggap yén dua neutron tina inti atom sakaligus buruk jadi proton, nu masing-masing ngaluarkeun éléktron jeung , datang kana kontak jeung neutrino sejen tur annihilates.
Upami réaksi sapertos kitu aya, éta bakal masihan bukti yén neutrino mangrupikeun antimateri sorangan, sacara henteu langsung ngonfirmasi téori sanés ngeunaan alam semesta awal - ngajelaskeun naha aya langkung seueur zat tibatan antimateri.
Fisikawan ogé hoyong tungtungna ningali énergi poék anu misterius anu nembus kana rohangan sareng nyababkeun jagat raya. spéktroskopi énergi poék Alat (DESI) ngan ukur ngamimitian damel taun ka tukang sareng diperkirakeun diluncurkeun dina 2020. Teleskop Survey Synoptic badag di Chili, piloted ku National Science Foundation / Departemén Énergi, program panalungtikan full-fledged ngagunakeun alat ieu kudu dimimitian dina 2022.
С другой стороны (4), anu ditakdirkeun pikeun janten acara dékade anu kaluar, antukna bakal janten pahlawan ulang taun ka dua puluh. Salian maluruh rencanana, éta bakal nyumbang kana ulikan ngeunaan énergi poék ku observasi galaksi jeung fénoména maranéhanana.
4. Visualisasi tina James Webb Teleskop
Naon anu urang badé naroskeun
Dina akal sehat, dékade salajengna dina fisika moal suksés upami sapuluh taun ti ayeuna urang naroskeun patarosan anu teu dijawab sami. Éta bakal langkung saé nalika urang nampi jawaban anu urang pikahoyong, tapi ogé nalika patarosan énggal-énggal timbul, sabab urang henteu tiasa ngandelkeun kaayaan dimana fisika bakal nyarios, "Kuring henteu ngagaduhan deui patarosan," kantos.
