Fizikadagi boshi berk ko'chadan qanday chiqish mumkin?

Keyingi avlod zarrachalar kollayderi milliardlab dollarga tushadi. Bunday qurilmalarni Yevropa va Xitoyda qurish rejalari bor, biroq olimlar buning mantiqiy emasligiga shubha qilmoqda. Balki biz fizikada yutuq olib keladigan tajriba va tadqiqotning yangi usulini izlashimiz kerakdir? 

Standart model bir necha bor tasdiqlangan, jumladan, Katta adron kollayderida (LHC), ammo u fizikaning barcha kutganlarini qondirmaydi. U qorong'u materiya va qorong'u energiya mavjudligi yoki tortishish kuchi boshqa asosiy kuchlardan nima uchun shunchalik farq qilishi kabi sirlarni tushuntira olmaydi.

An'anaviy ravishda bunday muammolar bilan shug'ullanadigan fanda bu farazlarni tasdiqlash yoki rad etishning bir usuli mavjud. qo'shimcha ma'lumotlarni yig'ish - bu holda, yaxshiroq teleskoplar va mikroskoplardan va ehtimol butunlay yangi, hatto undan ham kattaroq super bamper kashf qilish imkoniyatini yaratadi supersimmetrik zarralar.

2012 yilda Xitoy Fanlar akademiyasining Yuqori energiya fizikasi instituti ulkan super hisoblagich qurish rejasini e'lon qildi. Rejalashtirilgan Elektron pozitron kollayderi (CEPC) uning aylanasi taxminan 100 km bo'lar edi, bu LHCdan deyarli to'rt baravar ko'p (1). Bunga javoban, 2013 yilda LHC operatori, ya'ni CERN yangi to'qnashuv qurilmasi rejasini e'lon qildi. Kelajakdagi aylana kollayderi (FCC).

1. Rejalashtirilgan CEPC, FCC va LHC tezlatgichlarining o'lchamlarini taqqoslash.

Biroq, olimlar va muhandislar ushbu loyihalar katta sarmoyaga arziydimi, degan savol tug'iladi. Zarrachalar fizikasi bo‘yicha Nobel mukofoti sovrindori Chen-Ning Yang o‘z blogida uch yil avval yangi supersimmetriya yordamida supersimmetriya izlarini qidirishni tanqid qilib, buni “taxmin qilish o‘yini” deb atadi. Juda qimmat taxmin. Uni Xitoydagi ko'plab olimlar, Evropada esa ilm-fan yoritgichlari FCC loyihasi haqida bir xil ruhda gapirishdi.

Bu haqda Gizmodo nashriga Frankfurtdagi ilg‘or tadqiqotlar instituti fizigi Sabine Xossenfelder ma’lum qildi. -

Yana kuchli kollayderlarni yaratish bo'yicha loyihalar tanqidchilari vaziyat u qurilgan paytdagidan farq qilishini ta'kidlashadi. Hatto qidirayotganimiz ham o'sha paytda ma'lum edi Bogs Xiggs. Endi maqsadlar kamroq aniqlangan. 2012 yildan beri hech qanday yutuq topilmagan, Xiggs kashfiyotini qondirish uchun yangilangan Katta adron kollayderi tomonidan o'tkazilgan tajribalar natijalaridagi sukunat biroz dahshatli.

Bundan tashqari, taniqli, ammo universal bo'lmagan haqiqat mavjud LHCdagi tajribalar natijalari haqida biz bilgan hamma narsa o'sha paytda olingan ma'lumotlarning atigi 0,003% tahlilidan kelib chiqadi. Biz shunchaki ko'proq chiday olmadik. Bizni o'ylantirayotgan fizikaning buyuk savollariga javoblar allaqachon biz ko'rib chiqmagan 99,997% ekanligini inkor etib bo'lmaydi. Xo'sh, ehtimol sizga boshqa katta va qimmatbaho mashinani qurish uchun emas, balki ko'proq ma'lumotni tahlil qilish yo'lini topish kerakdir?

Buni o'ylab ko'rish kerak, ayniqsa fiziklar mashinadan ko'proq siqib chiqarishga umid qilishmoqda. Yaqinda boshlangan ikki yillik ishlamay qolish (deb ataladi) kollayderni 2021 yilgacha nofaol qoldiradi, bu esa texnik xizmat ko'rsatishga imkon beradi (2). Keyin u 2023-yilda katta yangilanishdan o‘tishdan oldin, shunga o‘xshash yoki biroz yuqoriroq energiyada ishlay boshlaydi va 2026-yilga rejalashtirilgan.

Ushbu yangilash bir milliard dollarga tushadi (FCC ning rejalashtirilgan narxiga nisbatan arzon) va uning maqsadi deb atalmish yaratishdir. Yuqori yorug'lik - LHC. 2030-yilga borib, bu avtomobil soniyada sodir boʻladigan toʻqnashuvlar sonini oʻn barobar oshirishi mumkin.

2. LHCda ta'mirlash ishlari

bu neytrino edi

LHCda aniqlanmagan zarrachalardan biri, garchi kutilgan bo'lsa ham WIMP kengaytmasi (-zaif o'zaro ta'sir qiluvchi massiv zarralar). Bu gipotetik og'ir zarralar (10 GeV / s² dan bir necha TeV / s² gacha, proton massasi esa 1 GeV / s² dan bir oz kamroq) ko'rinadigan materiya bilan zaif o'zaro ta'sirga teng kuch bilan o'zaro ta'sir qiladi. Ular koinotda oddiy materiyadan besh baravar ko'p tarqalgan qorong'u materiya deb ataladigan sirli sirli massani tushuntirib berishardi.

LHCda eksperimental ma'lumotlarning 0,003 foizida WIMPlar topilmadi. Biroq, buning uchun arzonroq usullar mavjud - masalan. XENON-NT tajribasi (3), Italiyada er osti chuqurligida va tadqiqot tarmog'iga oziqlanayotgan katta suyuq ksenon idishi. Janubiy Dakotadagi LZ ksenonli yana bir katta idishda qidiruv 2020 yilda boshlanadi.

O'ta sezgir ultrasovuq yarimo'tkazgich detektorlaridan iborat yana bir tajriba deyiladi SuperKDMS SNOLAB, 2020 yil boshida Ontarioga ma'lumotlarni yuklashni boshlaydi. Shunday qilib, 20 asrning XNUMX-yillarida bu sirli zarralarni nihoyat "otish" imkoniyatlari ortib bormoqda.

Wimps - olimlar izlayotgan yagona qorong'u materiya nomzodi emas. Buning o'rniga, eksperimentlar neytrinolar kabi to'g'ridan-to'g'ri kuzatilmaydigan aksionlar deb ataladigan muqobil zarralarni ishlab chiqarishi mumkin.

Kelgusi o'n yillik neytrinolar bilan bog'liq kashfiyotlarga tegishli bo'lishi ehtimoldan yiroq. Ular koinotdagi eng keng tarqalgan zarralar qatoriga kiradi. Shu bilan birga, o'rganish eng qiyinlaridan biri, chunki neytrinolar oddiy materiya bilan juda zaif ta'sir qiladi.

Olimlar bu zarracha uchta alohida lazzat deb ataladigan va uchta alohida massa holatidan iborat ekanligini uzoq vaqtdan beri bilishadi - lekin ular lazzatlarga to'liq mos kelmaydi va har bir lazzat kvant mexanikasi tufayli uchta massa holatining birikmasidir. Tadqiqotchilar bu massalarning aniq ma'nolarini va har bir xushbo'y hidni yaratish uchun ular birlashtirilganda paydo bo'lish tartibini bilib olishga umid qilmoqdalar. kabi tajribalar Ketrin Germaniyada ular kelgusi yillarda ushbu qiymatlarni aniqlash uchun zarur bo'lgan ma'lumotlarni to'plashlari kerak.

3. XENON-nT detektori modeli

Neytrinolar g'alati xususiyatlarga ega. Masalan, kosmosda sayohat qilish, ular didlar orasida tebranayotganga o'xshaydi. dan mutaxassislar Jiangmen er osti neytrino rasadxonasi Kelgusi yilda yaqin atrofdagi atom elektr stantsiyalaridan chiqariladigan neytrinolar haqida ma'lumot to'plashni boshlashi kutilayotgan Xitoyda.

Bunday turdagi loyiha mavjud Super Kamiokande, Yaponiyada kuzatuvlar uzoq vaqtdan beri davom etmoqda. AQSh o'zining neytrino sinov maydonchalarini qurishni boshladi. LBNF Illinoysda va chuqurlikda neytrinolar bilan tajriba DUNE Janubiy Dakota shtatida.

1,5 milliard dollarlik ko‘p davlat tomonidan moliyalashtirilgan LBNF/DUNE loyihasi 2024-yilda boshlanishi va 2027-yilgacha to‘liq ishga tushishi kutilmoqda. Neytrino sirlarini ochish uchun mo'ljallangan boshqa tajribalar ham o'z ichiga oladi AVENUE, Tennessi shtatidagi Oak Ridge milliy laboratoriyasida va qisqa tayanch neytrino dasturi, Illinoys shtatining Fermilab shahrida.

O'z navbatida, loyihada Legend-200, 2021-yilda ochilishi rejalashtirilgan, neytrinosiz qoʻsh beta-parchalanish deb nomlanuvchi hodisa oʻrganiladi. Atom yadrosidan ikkita neytron bir vaqtning o'zida protonlarga parchalanadi, ularning har biri elektronni chiqaradi va , boshqa neytrino bilan aloqa qiladi va uni yo'q qiladi.

Agar bunday reaktsiya mavjud bo'lsa, u neytrinolarning o'z antimateriyasi ekanligiga dalil bo'lardi va bilvosita ilk koinot haqidagi yana bir nazariyani tasdiqlaydi - nega antimateriyadan ko'proq materiya borligini tushuntiradi.

Fiziklar, shuningdek, koinotga kirib boradigan va koinotning kengayishiga olib keladigan sirli qorong'u energiyani nihoyat o'rganishni xohlashadi. Qorong'u energiya spektroskopiyasi Asbob (DESI) faqat o'tgan yili ishlay boshlagan va 2020 yilda ishga tushirilishi kutilmoqda. Katta sinoptik tadqiqot teleskopi Chilida, Milliy Fan Jamg'armasi / Energetika Departamenti tomonidan sinovdan o'tkazilayotgan ushbu uskunadan foydalangan holda to'liq tadqiqot dasturi 2022 yilda boshlanishi kerak.

С другой стороны (4), o'tayotgan o'n yillikning voqeasi bo'lishi kerak edi, oxir-oqibat yigirmanchi yubiley qahramoniga aylanadi. Rejalashtirilgan qidiruvlardan tashqari, u galaktikalar va ularning hodisalarini kuzatish orqali qorong'u energiyani o'rganishga hissa qo'shadi.

4. Jeyms Uebb teleskopining ingl

Biz nima so'raymiz

Sog'lom ma'noda, fizikada keyingi o'n yil muvaffaqiyatli bo'lmaydi, agar o'n yildan keyin biz xuddi shu javobsiz savollarni bersak. Biz xohlagan javoblarni olganimizda, balki butunlay yangi savollar tug'ilganda ham yaxshiroq bo'ladi, chunki fizika hech qachon "menda boshqa savollarim yo'q" deb aytadigan vaziyatga ishona olmaymiz.