Kā izkļūt no fizikas strupceļa?
Nākamās paaudzes daļiņu paātrinātājs maksās miljardus dolāru. Šādas ierīces tiek plānots būvēt Eiropā un Ķīnā, taču zinātnieki apšauba, vai tam ir jēga. Varbūt mums vajadzētu meklēt jaunu eksperimentēšanas un pētniecības veidu, kas novedīs pie izrāviena fizikā?
Standarta modelis ir vairākkārt apstiprināts, tostarp lielajā hadronu paātrinātājā (LHC), taču tas neatbilst visām fizikas cerībām. Tas nevar izskaidrot tādus noslēpumus kā tumšās matērijas un tumšās enerģijas esamība vai kāpēc gravitācija tik ļoti atšķiras no citiem fundamentālajiem spēkiem.
Zinātnē, kas tradicionāli risina šādas problēmas, ir veids, kā apstiprināt vai atspēkot šīs hipotēzes. papildu datu vākšana - šajā gadījumā no labākiem teleskopiem un mikroskopiem, un varbūt no pilnīgi jauna, vēl lielāka super buferis kas radīs iespēju tikt atklātam supersimetriskas daļiņas.
2012. gadā Ķīnas Zinātņu akadēmijas Augstas enerģijas fizikas institūts paziņoja par plānu uzbūvēt milzīgu superskaitītāju. Plānots Elektronu pozitronu paātrinātājs (CEPC) tā apkārtmērs būtu aptuveni 100 km, kas ir gandrīz četras reizes lielāks par LHC (1). Atbildot uz to, 2013. gadā LHC operators, t.i., CERN, paziņoja par savu plānu jaunai sadursmes iekārtai ar nosaukumu Future Circular Collider (FCC).
1. Plānoto CEPC, FCC un LHC akseleratoru izmēru salīdzinājums.
Tomēr zinātnieki un inženieri domā, vai šie projekti būs milzīgo ieguldījumu vērti. Čen-Nings Jangs, Nobela prēmijas laureāts daļiņu fizikā, pirms trim gadiem savā emuārā kritizēja supersimetrijas pēdu meklēšanu, izmantojot jaunu supersimetriju, nosaucot to par "minēšanas spēli". Ļoti dārgs minējums. To piebalsoja daudzi zinātnieki Ķīnā, un Eiropā zinātnes spīdekļi tādā pašā garā runāja par FCC projektu.
Par to Gizmodo ziņoja Sabīne Hosenfeldere, Frankfurtes Padziļināto pētījumu institūta fiziķe. -
Jaudīgāku kolaideru radīšanas projektu kritiķi atzīmē, ka situācija atšķiras no tās būvniecības brīža. Toreiz bija zināms, ka mēs pat meklējām Bogs Higss. Tagad mērķi ir mazāk definēti. Un klusums eksperimentu rezultātos, ko veica lielais hadronu paātrinātājs, kas modernizēts, lai pielāgotos Higsa atklājumam — kopš 2012. gada bez izrāviena atklājumiem — ir zināmā mērā draudīgs.
Turklāt ir labi zināms, bet varbūt ne universāls fakts, ka viss, ko mēs zinām par LHC eksperimentu rezultātiem, ir iegūts, analizējot tikai aptuveni 0,003% toreiz iegūto datu. Mēs vienkārši nevarējām tikt galā ar vairāk. Nevar izslēgt, ka atbildes uz lielajiem fizikas jautājumiem, kas mūs vajā, jau ir tajos 99,997%, kurus neesam apsvēruši. Tātad, varbūt jums ir nepieciešams ne tik daudz izveidot citu lielu un dārgu mašīnu, bet gan atrast veidu, kā analizēt daudz vairāk informācijas?
To ir vērts apsvērt, jo īpaši tāpēc, ka fiziķi cer izspiest no mašīnas vēl vairāk. Divu gadu dīkstāve (tā sauktā), kas sākās nesen, noturēs kolideru neaktīvu līdz 2021. gadam, ļaujot veikt apkopi (2). Pēc tam tas sāks darboties ar līdzīgu vai nedaudz augstāku enerģiju, pirms tam 2023. gadā tiks veikta būtiska modernizācija, kuru plānots pabeigt 2026. gadā.
Šī modernizācija izmaksās vienu miljardu dolāru (lēti, salīdzinot ar plānotajām FCC izmaksām), un tās mērķis ir izveidot t.s. Augsta spilgtuma LHC. Līdz 2030. gadam tas varētu desmitkārtīgi palielināt sadursmju skaitu, ko automašīna rada sekundē.
2. LHC remontdarbi
tas bija neitrīns
Viena no daļiņām, kas netika atklāta LHC, lai gan tā bija paredzēta, ir MĪKSTAIS (-vāji mijiedarbojas masīvas daļiņas). Tās ir hipotētiskas smagās daļiņas (no 10 GeV / s² līdz vairākiem TeV / s², savukārt protonu masa ir nedaudz mazāka par 1 GeV / s²), kas mijiedarbojas ar redzamo vielu ar spēku, kas salīdzināms ar vājo mijiedarbību. Viņi izskaidros noslēpumaino masu, ko sauc par tumšo matēriju, kas Visumā ir piecas reizes biežāk sastopama nekā parastā matērija.
LHC šajos 0,003% eksperimentālo datu WIMP netika atrasts. Tomēr tam ir lētākas metodes - piemēram. XENON-NT eksperiments (3), milzīga šķidra ksenona tvertne dziļi pazemē Itālijā un tiek ievadīta pētniecības tīklā. Citā milzīgā ksenona tvertnē LZ Dienviddakotā meklēšana sāksies jau 2020. gadā.
Tiek saukts vēl viens eksperiments, kas sastāv no īpaši jutīgiem ultraaukstiem pusvadītāju detektoriem SuperKDMS SNOLAB, sāks augšupielādēt datus Ontario 2020. gada sākumā. Tādējādi palielinās iespēja beidzot “nošaut” šīs noslēpumainās daļiņas 20. gadsimta XNUMX. gados.
Vimpši nav vienīgie tumšās vielas kandidāti, kurus meklē zinātnieki. Tā vietā eksperimenti var radīt alternatīvas daļiņas, ko sauc par aksioniem, kuras nevar tieši novērot kā neitrīnos.
Ļoti iespējams, ka nākamā desmitgade piederēs atklājumiem, kas saistīti ar neitrīniem. Tās ir vienas no visbagātīgākajām daļiņām Visumā. Tajā pašā laikā viens no grūtāk pētāmajiem, jo neitrīno ļoti vāji mijiedarbojas ar parasto vielu.
Zinātnieki jau sen ir zinājuši, ka šo daļiņu veido trīs atsevišķi tā sauktie aromāti un trīs atsevišķi masas stāvokļi, taču tie precīzi neatbilst garšām, un katra garša ir trīs masas stāvokļu kombinācija kvantu mehānikas dēļ. Pētnieki cer noskaidrot precīzu šo masu nozīmi un to parādīšanās secību, kad tās tiek apvienotas, lai radītu katru aromātu. Eksperimenti, piemēram, KETERĪNA Vācijā viņiem ir jāapkopo dati, kas nepieciešami šo vērtību noteikšanai nākamajos gados.
3. XENON-nT detektora modelis
Neitrīniem piemīt dīvainas īpašības. Piemēram, ceļojot kosmosā, šķiet, ka tie svārstās starp gaumēm. Eksperti no Dzjanmeņas pazemes neitrīno observatorija Ķīnā, kas nākamgad sāks vākt datus par neitrīno emisijām no tuvējām atomelektrostacijām.
Ir šāda veida projekts Super Kamiokande, novērojumi Japānā notiek jau ilgu laiku. ASV ir sākušas veidot savas neitrīno izmēģinājumu vietas. LBNF Ilinoisā un eksperiments ar neitrīniem dziļumā DUNE Dienviddakotā.
Paredzams, ka vairāku valstu finansētais LBNF/DUNE projekts 1,5 miljardu ASV dolāru apmērā tiks sākts 2024. gadā un pilnībā darboties spējīgs līdz 2027. gadam. Citi eksperimenti, kas paredzēti, lai atklātu neitrīno noslēpumus, ietver AVENUE, Ouk Ridžas Nacionālajā laboratorijā Tenesī un īsa bāzes līnijas neitrīno programma, Fermilabā, Ilinoisā.
Savukārt projektā Legend-200, Plānots, ka tas tiks atklāts 2021. gadā, un tiks pētīta parādība, kas pazīstama kā neitrīno dubultā beta sabrukšana. Tiek pieņemts, ka divi neitroni no atoma kodola vienlaicīgi sadalās protonos, no kuriem katrs izgrūž elektronu un , nonāk saskarē ar citu neitrīno un iznīcina.
Ja šāda reakcija pastāvētu, tas sniegtu pierādījumus tam, ka neitrīno ir viņu pašu antimateriāls, netieši apstiprinot citu teoriju par agrīno Visumu - izskaidrojot, kāpēc matērijas ir vairāk nekā antimatērijas.
Fiziķi arī vēlas beidzot ieskatīties noslēpumainajā tumšajā enerģijā, kas iesūcas kosmosā un liek Visumam paplašināties. Tumšās enerģijas spektroskopija Rīks (DESI) sāka darboties tikai pagājušajā gadā, un ir paredzēts, ka tas tiks ieviests 2020. gadā. Liels sinoptiskās izpētes teleskops Čīlē, ko pilotē Nacionālais zinātnes fonds/Enerģētikas departaments, pilnvērtīgai pētniecības programmai, izmantojot šo aprīkojumu, jāsākas 2022. gadā.
Citā pusē (4), kam bija lemts kļūt par aizejošās desmitgades notikumu, ar laiku kļūs par divdesmitās jubilejas varoni. Papildus plānotajiem meklējumiem tas dos ieguldījumu tumšās enerģijas izpētē, novērojot galaktikas un to parādības.
4. Džeimsa Veba teleskopa vizualizācija
Ko mēs jautāsim
Pēc veselā saprāta nākamā desmitgade fizikā nebūs veiksmīga, ja pēc desmit gadiem mēs uzdosim tos pašus neatbildētos jautājumus. Tas būs daudz labāk, kad saņemsim vēlamās atbildes, bet arī tad, kad radīsies pilnīgi jauni jautājumi, jo mēs nevaram paļauties uz situāciju, kurā fizika teiks: "Man vairs nav jautājumu."
