Paano makawala sa hindi pagkakasundo sa pisika?
Ang susunod na henerasyon na particle collider ay nagkakahalaga ng bilyun-bilyong dolyar. May mga planong magtayo ng mga naturang device sa Europe at China, ngunit ang mga siyentipiko ay nagtatanong kung ito ay makatuwiran. Siguro dapat tayong maghanap ng bagong paraan ng pag-eeksperimento at pagsasaliksik na hahantong sa isang pambihirang tagumpay sa pisika?
Ang Standard Model ay paulit-ulit na nakumpirma, kabilang ang sa Large Hadron Collider (LHC), ngunit hindi nito natutugunan ang lahat ng inaasahan ng physics. Hindi nito maipaliwanag ang mga misteryo tulad ng pagkakaroon ng dark matter at dark energy, o kung bakit kakaiba ang gravity sa iba pang pangunahing pwersa.
Sa agham na tradisyonal na humaharap sa mga ganitong problema, mayroong isang paraan upang kumpirmahin o pabulaanan ang mga hypotheses na ito. koleksyon ng karagdagang datos - sa kasong ito, mula sa mas mahusay na mga teleskopyo at mikroskopyo, at marahil mula sa isang ganap na bago, kahit na mas malaki sobrang bumper na lilikha ng pagkakataong matuklasan mga supersymmetric na particle.
Noong 2012, ang Institute of High Energy Physics ng Chinese Academy of Sciences ay nag-anunsyo ng plano na bumuo ng isang higanteng super counter. Nakaplano Electron Positron Collider (CEPC) magkakaroon ito ng circumference na humigit-kumulang 100 km, halos apat na beses kaysa sa LHC (1). Bilang tugon, noong 2013, ang operator ng LHC, i.e. CERN, ay nag-anunsyo ng plano nito para sa isang bagong aparatong banggaan na tinatawag na Future Circular Collider (FCC).
1. Paghahambing ng laki ng nakaplanong CEPC, FCC at LHC accelerators.
Gayunpaman, ang mga siyentipiko at inhinyero ay nagtataka kung ang mga proyektong ito ay nagkakahalaga ng malaking pamumuhunan. Si Chen-Ning Yang, isang nagwagi ng Nobel Prize sa particle physics, ay pinuna ang paghahanap ng mga bakas ng supersymmetry gamit ang bagong supersymmetry tatlong taon na ang nakakaraan sa kanyang blog, na tinawag itong "laro ng paghula." Isang napakamahal na hula. Ito ay pinabulaanan ng maraming siyentipiko sa China, at sa Europa, ang mga luminary ng agham ay nagsalita sa parehong diwa tungkol sa proyekto ng FCC.
Ito ay iniulat sa Gizmodo ni Sabine Hossenfelder, isang physicist sa Institute for Advanced Study sa Frankfurt. -
Ang mga kritiko ng mga proyekto upang lumikha ng mas malakas na mga collider ay napansin na ang sitwasyon ay naiiba mula sa kung kailan ito itinayo. Nalaman na noon na hinahanap pa namin Bogs Higgs. Ngayon ang mga layunin ay hindi gaanong tinukoy. At ang katahimikan sa mga resulta ng mga eksperimento na isinagawa ng Large Hadron Collider ay na-upgrade upang mapaunlakan ang pagtuklas ng Higgs — na walang mga natuklasang tagumpay mula noong 2012 — ay medyo nagbabala.
Bilang karagdagan, mayroong isang kilalang, ngunit marahil hindi pangkalahatan, katotohanan na lahat ng nalalaman natin tungkol sa mga resulta ng mga eksperimento sa LHC ay nagmumula sa pagsusuri ng halos 0,003% lamang ng data na nakuha noon. Hindi na lang namin nakayanan. Hindi maitatanggi na ang mga sagot sa magagandang tanong ng pisika na bumabagabag sa atin ay nasa 99,997% na hindi natin napag-isipan. Kaya marahil hindi mo kailangang gumawa ng isa pang malaki at mamahaling makina, ngunit upang makahanap ng isang paraan upang pag-aralan ang higit pang impormasyon?
Ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang, lalo na dahil ang mga physicist ay umaasa na mas lalong pumiga sa labas ng kotse. Ang dalawang taong downtime (tinatawag na) na nagsimula kamakailan ay magpapanatili sa collider na hindi aktibo hanggang 2021, na nagbibigay-daan para sa pagpapanatili (2). Pagkatapos ay magsisimula itong gumana sa katulad o medyo mas mataas na enerhiya, bago sumailalim sa isang malaking pag-upgrade sa 2023, na may naka-iskedyul na pagkumpleto para sa 2026.
Ang modernisasyon na ito ay nagkakahalaga ng isang bilyong dolyar (mura kumpara sa nakaplanong halaga ng FCC), at ang layunin nito ay lumikha ng tinatawag na. Mataas na Luminosity-LHC. Sa pamamagitan ng 2030, ito ay maaaring tumaas ng sampung beses ang bilang ng mga banggaan na ginagawa ng isang kotse bawat segundo.
2. Pagkukumpuni sa LHC
ito ay isang neutrino
Ang isa sa mga particle na hindi nakita sa LHC, bagaman ito ay inaasahan na, ay WIMP extension (-mahinang nakikipag-ugnayan sa malalaking particle). Ito ay mga hypothetical na mabibigat na particle (mula sa 10 GeV / s² hanggang sa ilang TeV / s², habang ang proton mass ay bahagyang mas mababa sa 1 GeV / s²) na nakikipag-ugnayan sa nakikitang bagay na may puwersang maihahambing sa mahinang pakikipag-ugnayan. Ipapaliwanag nila ang isang misteryosong masa na tinatawag na dark matter, na limang beses na mas karaniwan sa uniberso kaysa sa ordinaryong bagay.
Sa LHC, walang nahanap na mga WIMP sa 0,003% na ito ng pang-eksperimentong data. Gayunpaman, may mga mas murang pamamaraan para dito - halimbawa. XENON-NT na eksperimento (3), isang malaking vat ng likidong xenon sa ilalim ng lupa sa Italya at nasa proseso ng pagpapakain sa network ng pananaliksik. Sa isa pang malaking vat ng xenon, LZ sa South Dakota, ang paghahanap ay magsisimula sa 2020.
Ang isa pang eksperimento, na binubuo ng supersensitive ultracold semiconductor detector, ay tinatawag SuperKDMS SNOLAB, magsisimulang mag-upload ng data sa Ontario sa unang bahagi ng 2020. Kaya't ang mga pagkakataon na sa wakas ay "pagbaril" sa mga mahiwagang particle na ito sa 20s ng ika-XNUMX na siglo ay tumataas.
Hindi lang ang mga wimp ang hinahanap ng mga kandidato sa dark matter ng mga siyentipiko. Sa halip, ang mga eksperimento ay maaaring makabuo ng mga alternatibong particle na tinatawag na mga axion na hindi direktang maobserbahan tulad ng mga neutrino.
Malamang na ang susunod na dekada ay nabibilang sa mga pagtuklas na may kaugnayan sa mga neutrino. Ang mga ito ay kabilang sa mga pinaka-masaganang particle sa uniberso. Kasabay nito, isa sa pinakamahirap na pag-aralan, dahil ang mga neutrino ay nakikipag-ugnayan nang mahina sa ordinaryong bagay.
Matagal nang alam ng mga siyentipiko na ang particle na ito ay binubuo ng tatlong magkakahiwalay na tinatawag na mga lasa at tatlong magkakahiwalay na mga estado ng masa - ngunit hindi sila eksaktong tumutugma sa mga lasa, at ang bawat lasa ay isang kumbinasyon ng tatlong mga estado ng masa dahil sa quantum mechanics. Inaasahan ng mga mananaliksik na malaman ang eksaktong kahulugan ng mga masa na ito at ang pagkakasunud-sunod ng paglitaw ng mga ito kapag pinagsama ang mga ito upang lumikha ng bawat halimuyak. Mga eksperimento tulad ng KATHERINE sa Germany, dapat nilang kolektahin ang data na kinakailangan upang matukoy ang mga halagang ito sa mga darating na taon.
3. XENON-nT detector model
Ang mga neutrino ay may kakaibang katangian. Ang paglalakbay sa kalawakan, halimbawa, tila nag-iiba sila sa pagitan ng mga panlasa. Mga eksperto mula sa Jiangmen Underground Neutrino Observatory sa China, na inaasahang magsisimulang mangolekta ng data sa mga neutrino na ibinubuga mula sa kalapit na mga nuclear power plant sa susunod na taon.
Mayroong ganitong uri ng proyekto Super Kamiokande, Ang mga obserbasyon sa Japan ay nagpapatuloy sa mahabang panahon. Ang US ay nagsimulang magtayo ng sarili nitong mga site ng pagsubok sa neutrino. LBNF sa Illinois at isang eksperimento sa mga neutrino sa lalim DUNE sa South Dakota.
Ang $1,5 bilyon na multi-country funded LBNF/DUNE na proyekto ay inaasahang magsisimula sa 2024 at magiging ganap na gumagana sa 2027. Kasama sa iba pang mga eksperimento na idinisenyo upang i-unlock ang mga lihim ng neutrino AVENUE, sa Oak Ridge National Laboratory sa Tennessee, at maikling baseline neutrino program, sa Fermilab, Illinois.
Sa turn, sa proyekto Alamat-200, Naka-iskedyul na magbukas sa 2021, pag-aaralan ang isang phenomenon na kilala bilang neutrinoless double beta decay. Ipinapalagay na ang dalawang neutron mula sa nucleus ng isang atom ay sabay-sabay na nabubulok sa mga proton, na ang bawat isa ay naglalabas ng isang electron at , nakikipag-ugnayan sa isa pang neutrino at nawawala.
Kung may ganoong reaksyon, magbibigay ito ng katibayan na ang mga neutrino ay ang kanilang sariling antimatter, na hindi direktang nagpapatunay ng isa pang teorya tungkol sa unang bahagi ng uniberso - na nagpapaliwanag kung bakit mayroong mas maraming bagay kaysa antimatter.
Nais din ng mga physicist na tingnan sa wakas ang mahiwagang madilim na enerhiya na tumagos sa kalawakan at nagiging sanhi ng paglawak ng uniberso. Dark energy spectroscopy Nagsimula lamang gumana ang tool (DESI) noong nakaraang taon at inaasahang ilulunsad sa 2020. Malaking Synoptic Survey Telescope sa Chile, na pinasimulan ng National Science Foundation/Department of Energy, isang ganap na programa sa pananaliksik na gumagamit ng kagamitang ito ay dapat magsimula sa 2022.
С другой стороны (4), na nakatakdang maging kaganapan ng papalabas na dekada, sa kalaunan ay magiging bayani ng ikadalawampung anibersaryo. Bilang karagdagan sa mga nakaplanong paghahanap, ito ay mag-aambag sa pag-aaral ng madilim na enerhiya sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga kalawakan at ang kanilang mga phenomena.
4. Visualization ng James Webb Telescope
Ano ang itatanong natin
Sa sentido komun, ang susunod na dekada sa pisika ay hindi magiging matagumpay kung sampung taon mula ngayon ay magtatanong tayo ng parehong mga tanong na hindi nasasagot. Ito ay magiging mas mahusay kapag nakuha namin ang mga sagot na gusto namin, ngunit gayundin kapag ang mga ganap na bagong tanong ay lumitaw, dahil hindi tayo maasahan sa isang sitwasyon kung saan ang physics ay sasabihin, "Wala na akong mga katanungan," kailanman.
