Fizikada çıxılmaz vəziyyətdən necə çıxmaq olar?
Növbəti nəsil hissəciklər toqquşdurucusu milyardlarla dollara başa gələcək. Avropa və Çində belə cihazların yaradılması planları var, lakin alimlər bunun məntiqli olub-olmadığını sual altına alırlar. Bəlkə fizikada sıçrayışa səbəb olacaq yeni təcrübə və tədqiqat üsulunu axtarmalıyıq?
Standart Model dəfələrlə təsdiqlənib, o cümlədən Böyük Adron Kollayderində (LHC), lakin o, fizikanın bütün gözləntilərinə cavab vermir. Qaranlıq maddənin və qaranlıq enerjinin mövcudluğu və ya cazibə qüvvəsinin digər fundamental qüvvələrdən niyə bu qədər fərqli olması kimi sirləri izah edə bilməz.
Ənənəvi olaraq bu cür problemlərlə məşğul olan elmdə bu fərziyyələri təsdiq və ya təkzib etməyin bir yolu var. əlavə məlumatların toplanması - bu halda, daha yaxşı teleskop və mikroskoplardan və bəlkə də tamamilə yeni, hətta daha böyük super bamper kəşf etmək şansı yaradacaq supersimmetrik hissəciklər.
2012-ci ildə Çin Elmlər Akademiyasının Yüksək Enerji Fizikası İnstitutu nəhəng super sayğac qurmaq planını açıqladı. Planlaşdırılıb Elektron Pozitron Kollayderi (CEPC) onun ətrafı təxminən 100 km olacaq, LHC-dən demək olar ki, dörd dəfə (1). Buna cavab olaraq, 2013-cü ildə LHC-nin operatoru, yəni CERN, adlı yeni bir toqquşma cihazı üçün planını açıqladı. Gələcək Dairəvi Toqquşdurucu (FCC).
1. Planlaşdırılan CEPC, FCC və LHC sürətləndiricilərinin ölçülərinin müqayisəsi.
Bununla belə, elm adamları və mühəndislər bu layihələrin böyük investisiyaya dəyər olub-olmayacağı ilə maraqlanırlar. Hissəciklər fizikası üzrə Nobel mükafatı laureatı Çen-Ninq Yanq öz bloqunda üç il əvvəl yeni supersimmetriyadan istifadə edərək supersimmetriya izlərinin axtarışını tənqid edərək bunu “təxmin etmə oyunu” adlandırmışdı. Çox bahalı təxmin. O, Çində bir çox elm adamları tərəfindən səsləndi və Avropada elm korifeyləri FCC layihəsi haqqında eyni ruhda danışdılar.
Bu barədə Gizmodo-ya Frankfurtdakı Təkmil Araşdırmalar İnstitutunun fizikası Sabine Hossenfelder məlumat verib. -
Daha güclü kollayderlərin yaradılması layihələrinin tənqidçiləri qeyd edirlər ki, vəziyyət tikildiyi vaxtdan fərqlidir. Hətta axtardığımız o vaxt məlum idi Boqs Hiqqs. İndi hədəflər daha az müəyyən edilib. 2012-ci ildən bəri heç bir sıçrayış tapılmayan Higgs kəşfini təmin etmək üçün təkmilləşdirilmiş Böyük Adron Kollayderi tərəfindən aparılan təcrübələrin nəticələrinin səssizliyi bir qədər uğursuzdur.
Bundan əlavə, məlum, lakin bəlkə də universal olmayan bir fakt var LHC-də təcrübələrin nəticələri haqqında bildiyimiz hər şey o zaman əldə edilən məlumatların yalnız 0,003%-nin təhlilindən əldə edilir. Sadəcə daha çox öhdəsindən gələ bilmədik. İstisna etmək olmaz ki, fizikanın bizi düşündürən böyük suallarına cavablar artıq nəzərdən keçirmədiyimiz 99,997%-də var. Beləliklə, bəlkə başqa bir böyük və bahalı maşın qurmaq üçün deyil, daha çox məlumatı təhlil etmək üçün bir yol tapmaq lazımdır?
Xüsusilə fiziklər maşından daha çox sıxmağa ümid etdikləri üçün bunu nəzərə almağa dəyər. Bu yaxınlarda başlayan iki illik fasilə (sözdə) kollayderi 2021-ci ilə qədər qeyri-aktiv saxlayacaq və texniki xidmət göstərməyə imkan verəcək (2). Daha sonra o, 2023-cı ildə tamamlanması planlaşdırılan 2026-cü ildə əsaslı təkmilləşdirmədən əvvəl oxşar və ya bir qədər yüksək enerjilərdə fəaliyyətə başlayacaq.
Bu modernləşdirmə bir milyard dollara başa gələcək (FCC-nin planlaşdırılan dəyəri ilə müqayisədə ucuz) və onun məqsədi sözdə yaratmaqdır. Yüksək Parlaqlıq-LHC. 2030-cu ilə qədər bu, bir avtomobilin saniyədə istehsal etdiyi toqquşmaların sayını on dəfə artıra bilər.
2. LHC-də təmir işləri
neytrino idi
Gözlənilsə də, LHC-də aşkar edilməyən hissəciklərdən biri də budur WIMP (-zəif qarşılıqlı təsir göstərən kütləvi hissəciklər). Bunlar zəif qarşılıqlı təsirlə müqayisə olunan qüvvə ilə görünən maddə ilə qarşılıqlı təsir göstərən hipotetik ağır hissəciklərdir (10 GeV/s²-dən bir neçə TeV/s²-ə qədər, proton kütləsi isə 1 GeV/s²-dən bir qədər azdır). Onlar kainatda adi maddədən beş dəfə çox yayılmış qaranlıq maddə adlanan sirli sirli kütləni izah edəcəkdilər.
LHC-də eksperimental məlumatların bu 0,003%-də heç bir WIMP tapılmadı. Bununla belə, bunun üçün daha ucuz üsullar var - məsələn. XENON-NT təcrübəsi (3), İtaliyada yeraltı dərinlikdə və tədqiqat şəbəkəsinə qidalanma prosesində olan nəhəng bir maye ksenon qabı. Cənubi Dakotadakı LZ adlı başqa bir böyük ksenon qabında axtarış 2020-ci ildə başlayacaq.
Çox həssas ultrasoyuq yarımkeçirici detektorlardan ibarət başqa bir təcrübə deyilir SuperKDMS SNOLAB, 2020-ci ilin əvvəlində Ontarioya məlumat yükləməyə başlayacaq. Beləliklə, 20 əsrin XNUMX-ci illərində bu sirli hissəcikləri nəhayət "atmaq" şansları artır.
Wimps alimlərin arxasınca düşdüyü yeganə qaranlıq maddə namizədləri deyil. Bunun əvəzinə eksperimentlər neytrinolar kimi birbaşa müşahidə edilə bilməyən aksion adlanan alternativ hissəciklər yarada bilər.
Çox güman ki, növbəti onillik neytrinolarla bağlı kəşflərə aid olacaq. Onlar kainatda ən çox yayılmış hissəciklər arasındadır. Eyni zamanda, öyrənilməsi ən çətin olanlardan biridir, çünki neytrinolar adi maddə ilə çox zəif qarşılıqlı əlaqədədirlər.
Elm adamları çoxdan bilirdilər ki, bu hissəcik üç ayrı sözdə ləzzətdən və üç ayrı kütləvi vəziyyətdən ibarətdir - lakin onlar tam olaraq ləzzətlərə uyğun gəlmir və hər bir ləzzət kvant mexanikasına görə üç kütləvi vəziyyətin birləşməsidir. Tədqiqatçılar bu kütlələrin dəqiq mənalarını və hər bir ətir yaratmaq üçün birləşdirildikdə onların meydana çıxma ardıcıllığını öyrənməyə ümid edirlər. kimi təcrübələr KATHERINE Almaniyada gələcək illərdə bu dəyərləri müəyyən etmək üçün lazım olan məlumatları toplamalıdırlar.
3. XENON-nT detektor modeli
Neytrinoların qəribə xassələri var. Məsələn, kosmosda səyahət edərkən, sanki zövqlər arasında dəyişirlər. dan ekspertlər Jiangmen Yeraltı Neytrino Rəsədxanası Gələn il yaxınlıqdakı nüvə stansiyalarından yayılan neytrinolar haqqında məlumat toplamağa başlaması gözlənilən Çində.
Belə bir layihə var Super Kamiokande, Yaponiyada müşahidələr uzun müddətdir ki, davam edir. ABŞ öz neytrino test meydançalarını qurmağa başlayıb. LBNF İllinoysda və dərinlikdə neytrinolarla təcrübə DUNE Cənubi Dakotada.
1,5 milyard dollar dəyərində çox ölkə tərəfindən maliyyələşdirilən LBNF/DUNE layihəsinin 2024-cü ildə başlaması və 2027-ci ilə qədər tam fəaliyyətə başlaması gözlənilir. Neytrinonun sirlərini açmaq üçün nəzərdə tutulmuş digər təcrübələr daxildir prospekt, Tennessi ştatındakı Oak Ridge Milli Laboratoriyasında və qısa əsas neytrino proqramı, İllinoys ştatının Fermilab şəhərində.
Öz növbəsində layihədə Legend-200, 2021-ci ildə açılması planlaşdırılan neytrinosuz ikiqat beta parçalanması kimi tanınan bir fenomen tədqiq ediləcək. Güman edilir ki, bir atomun nüvəsindəki iki neytron eyni vaxtda protonlara parçalanır, hər biri bir elektron çıxarır və , başqa bir neytrino ilə təmasda olur və məhv olur.
Əgər belə bir reaksiya olsaydı, bu, neytrinoların öz antimaddələri olduğuna dair sübut təmin edərdi və dolayısı ilə ilk kainat haqqında başqa bir nəzəriyyəni təsdiq edərdi - niyə antimaddədən daha çox maddə olduğunu izah edərdi.
Fiziklər həm də nəhayət, kosmosa nüfuz edən və kainatın genişlənməsinə səbəb olan sirli qaranlıq enerjini öyrənmək istəyirlər. Qaranlıq enerji spektroskopiyası Alət (DESI) yalnız keçən il işə başlayıb və 2020-ci ildə istifadəyə veriləcəyi gözlənilir. Böyük Sinoptik Tədqiqat Teleskopu Çilidə Milli Elm Fondu/Enerji Departamenti tərəfindən sınaqdan keçirilmiş, bu avadanlıqdan istifadə edən tam hüquqlu tədqiqat proqramı 2022-ci ildə başlamalıdır.
Digər tərəfdə (4), gedən onilliyin hadisəsi olmaq üçün nəzərdə tutulmuşdu, nəticədə iyirminci ildönümünün qəhrəmanına çevriləcəkdir. Planlaşdırılan axtarışlara əlavə olaraq, qalaktikaları və onların hadisələrini müşahidə edərək qaranlıq enerjinin öyrənilməsinə töhfə verəcək.
4. James Webb Teleskopunun vizuallaşdırılması
Nə soruşacağıq
Sağlam mənada, on ildən sonra biz eyni cavabsız sualları versək, fizikada növbəti onillik uğurlu olmayacaq. İstədiyimiz cavabları aldıqda, həm də tamamilə yeni suallar ortaya çıxanda çox daha yaxşı olacaq, çünki fizikanın heç vaxt “artıq sualım yoxdur” deyəcəyi bir vəziyyətə arxalana bilmərik.
