Како изаћи из ћорсокака у физици?
Нова генерација сударача честица коштаће милијарде долара. Постоје планови за изградњу таквих уређаја у Европи и Кини, али научници постављају питање да ли то има смисла. Можда би требало да потражимо нови начин експериментисања и истраживања који ће довести до продора у физику?
Стандардни модел је више пута потврђен, укључујући и на Великом хадронском сударачу (ЛХЦ), али не испуњава сва очекивања физике. Не може да објасни мистерије као што су постојање тамне материје и тамне енергије, или зашто се гравитација толико разликује од других фундаменталних сила.
У науци која се традиционално бави таквим проблемима, постоји начин да се ове хипотезе потврде или оповргну. прикупљање додатних података - у овом случају од бољих телескопа и микроскопа, а можда и од потпуно новог, још већег супер бампер то ће створити шансу да буде откривено суперсиметричне честице.
Године 2012. Институт за физику високих енергија Кинеске академије наука објавио је план за изградњу џиновског супер бројача. Планирано Колајдер електронских позитрона (ЦЕПЦ) имао би обим од око 100 км, скоро четири пута већи од ЛХЦ-а (1). Као одговор, 2013. године, оператер ЛХЦ-а, односно ЦЕРН, најавио је свој план за нови уређај за судар тзв. Будући кружни сударач (ФЦЦ).
1. Поређење величина планираних ЦЕПЦ, ФЦЦ и ЛХЦ акцелератора.
Међутим, научници и инжењери се питају да ли ће ови пројекти бити вредни огромне инвестиције. Чен-Нинг Јанг, добитник Нобелове награде за физику честица, критиковао је пре три године на свом блогу потрагу за траговима суперсиметрије користећи нову суперсиметрију, назвавши то „игром погађања“. Веома скупа претпоставка. То су поновили многи научници у Кини, ау Европи су светила науке у истом духу говорила о пројекту ФЦЦ.
Ово је Гизмоду известила Сабине Хоссенфелдер, физичарка са Института за напредне студије у Франкфурту. -
Критичари пројеката за стварање моћнијих колајдера примећују да је ситуација другачија од оне када је изграђен. Тада се знало да чак и тражимо Бозон Хиггса. Сада су циљеви мање дефинисани. И тишина у резултатима експеримената спроведених од стране Великог хадронског сударача надограђеног да би се прилагодила Хигсовом открићу - без открића пробоја од 2012. - помало је злослутна.
Поред тога, постоји добро позната, али можда не универзална чињеница да све што знамо о резултатима експеримената на ЛХЦ-у долази из анализе само око 0,003% тада добијених података. Једноставно нисмо могли поднијети више. Не може се искључити да су одговори на велика питања физике која нас прогоне већ у оних 99,997% које нисмо разматрали. Дакле, можда вам није потребно толико да направите још једну велику и скупу машину, већ да пронађете начин да анализирате много више информација?
Вреди размислити, поготово зато што се физичари надају да ће из аутомобила извући још више. Двогодишњи застој (тзв.) који је недавно почео одржаће колајдер неактивним до 2021. године, омогућавајући одржавање (2). Затим ће почети да ради на сличним или нешто вишим енергијама, пре него што прође кроз велику надоградњу 2023. године, а завршетак је заказан за 2026. годину.
Ова модернизација коштаће милијарду долара (јефтино у односу на планирану цену ФЦЦ), а њен циљ је стварање тзв. Хигх Луминосити-ЛХЦ. До 2030. ово би могло десет пута повећати број судара који аутомобил произведе у секунди.
2. Радови на поправци ЛХЦ-а
то је био неутрино
Једна од честица која није откривена на ЛХЦ-у, иако се очекивало да јесте, јесте ВИМП (-слабо интеракцијске масивне честице). То су хипотетичке тешке честице (од 10 ГеВ/с² до неколико ТеВ/с², док је маса протона нешто мања од 1 ГеВ/с²) које реагују са видљивом материјом са силом која је упоредива са слабом интеракцијом. Они би објаснили мистериозну масу која се зове тамна материја, која је пет пута чешћа у универзуму од обичне материје.
На ЛХЦ-у нису пронађени ВИМП-ови у ових 0,003% експерименталних података. Међутим, постоје јефтиније методе за ово - на пример. КСЕНОН-НТ експеримент (3), огромна каца са течним ксеноном дубоко под земљом у Италији и у процесу се уноси у истраживачку мрежу. У још једној огромној бачви са ксеноном, ЛЗ у Јужној Дакоти, потрага ће почети већ 2020. године.
Други експеримент, који се састоји од суперосетљивих ултрахладних полупроводничких детектора, назива се СуперКДМС СНОЛАБ, ће почети да отпрема податке у Онтарио почетком 2020. Дакле, повећавају се шансе да се ове мистериозне честице коначно "пуцају" 20-их година КСНУМКС.
Слабији нису једини кандидати за тамну материју које научници траже. Уместо тога, експерименти могу произвести алтернативне честице зване аксионе које се не могу директно посматрати попут неутрина.
Врло је вероватно да ће следећа деценија припасти открићима везаним за неутрине. Оне су међу најзаступљенијим честицама у универзуму. Истовремено, један од најтежих за проучавање, јер неутрини веома слабо реагују са обичном материјом.
Научници одавно знају да се ова честица састоји од три одвојена такозвана укуса и три одвојена стања масе - али се не поклапају баш са укусима, а сваки укус је комбинација три масена стања због квантне механике. Истраживачи се надају да ће сазнати тачно значење ових маса и редослед у коме се појављују када се комбинују да би се креирао сваки мирис. Експерименти као што су КАТАРИНА у Немачкој, морају да прикупе податке неопходне за утврђивање ових вредности у наредним годинама.
3. Модел детектора КСЕНОН-нТ
Неутрини имају чудна својства. Путујући свемиром, на пример, чини се да осцилирају између укуса. Стручњаци из Подземна неутрина опсерваторија Јиангмен у Кини, за коју се очекује да следеће године почне да прикупља податке о неутринима емитованим из оближњих нуклеарних електрана.
Постоји пројекат овог типа Супер Камиоканде, запажања у Јапану вршена су дуго времена. САД су почеле да граде сопствена места за тестирање неутрина. ЛБНФ у Илиноису и експеримент са неутринима на дубини ДУНЕ у Јужној Дакоти.
Очекује се да ће пројекат ЛБНФ/ДУНЕ, вредан 1,5 милијарди долара, финансиран из више земаља, почети 2024. и бити у потпуности оперативан до 2027. године. Други експерименти дизајнирани да открију тајне неутрина укључују АВЕНИЈА, у Националној лабораторији Оак Риџ у Тенесију, и кратки основни неутрин програм, у Фермилабу, Илиноис.
Заузврат, у пројекту Легенда-200, Предвиђено за отварање 2021. године, проучаваће се феномен познат као двоструки бета распад без неутрина. Претпоставља се да се два неутрона из језгра атома истовремено распадају на протоне, од којих сваки избацује електрон и , долази у контакт са другим неутрином и анихилира.
Ако би таква реакција постојала, то би пружило доказ да су неутрини њихова сопствена антиматерија, индиректно потврђујући другу теорију о раном универзуму – објашњавајући зашто постоји више материје него антиматерије.
Физичари такође желе да коначно погледају у мистериозну тамну енергију која продире у свемир и изазива ширење универзума. Спектроскопија тамне енергије Алат (ДЕСИ) је почео да ради тек прошле године и очекује се да ће бити лансиран 2020. Велики синоптички телескоп у Чилеу, који пилотира Национална научна фондација/Департман за енергетику, пуноправни истраживачки програм који користи ову опрему требало би да почне 2022.
С друге стране (4), који је био предодређен да постане догађај одлазеће деценије, на крају ће постати херој двадесетогодишњице. Поред планираних претрага, допринеће проучавању тамне енергије посматрањем галаксија и њихових појава.
4. Визуелизација телескопа Џејмс Веб
Шта ћемо да питамо
Здраворазумски, следећа деценија у физици неће бити успешна ако десет година од сада будемо постављали иста питања без одговора. Биће много боље када добијемо одговоре које желимо, али и када се појаве потпуно нова питања, јер не можемо да рачунамо на ситуацију у којој ће физика рећи „немам више питања“, икада.
