Naujasis CERN projektas yra sukurti mechanizmą, kuris bus beveik keturis kartus didesnis nei didžiausias egzistuojantis įrenginys. Bet kam jis skirtas?
Didysis hadronų kolideris (LHC) yra vienas paslaptingiausių prietaisų pasaulyje. Jis sėdi 27 kilometrų ilgio žiediniame tunelyje, esančiame ant Prancūzijos ir Šveicarijos sienos, ir jo pagrindinė užduotis yra susidurti su mažiausiomis visatos dalelėmis.
- „Salik.biz“
Šis mechanizmas išgarsėjo visame pasaulyje 2012 m., Kai CERN (Europos branduolinių tyrimų organizacija) paskelbė atradusi Higso bozoną. Šios elementariosios dalelės egzistavimo teorija atsirado prieš daugelį dešimtmečių, matematiniai skaičiavimai, pagrįsti standartiniu elementariųjų dalelių modeliu, darė prielaidą, kad ji egzistuoja, tačiau niekas negalėjo to pataisyti prieš eksperimentą LHC.
O dabar CERN kalba apie ateities planus. LHC padedami eksperimentai buvo vykdomi nuo 2009 m. Su pertraukomis, siekiant atnaujinti mechanizmą. Dabar tik tokia pertrauka ir LHC vėl bus paleista 2021 m., Po kurios ji veiks dar keletą dešimtmečių.
Bet esami projektai yra tokie ambicingi, kad CERN keletą metų svarstė pasiūlymą sukurti LHC įpėdinį. O dabar organizacijos darbuotojai yra pasirengę papasakoti apie savo ateities viziją.
Dabar vadinamas Ateities žiediniu susidūrėju (FCC), jo statybos planai buvo paskelbti 2019 m. Sausio mėn. BCC yra daug didesnis ir galingesnis nei dabartinis akceleratorius. Nors tai tik planas, jis dar nebuvo priimtas. Jei planas bus įgyvendintas, eksperimentai BCC prasidės 2040-aisiais.
CERN duomenimis, visos statybos išlaidos sudarys šiek tiek daugiau nei 200 milijardų kronų (daugiau nei 1,5 trilijono rublių - apytiksliai). Organizacijos valstybės narės projektą finansuos kelis dešimtmečius. Norvegija yra viena iš 22 CERN valstybių narių ir 2019 m. Ji įneš maždaug 240 milijonų kronų (daugiau nei 1,8 milijardo rublių) įmokų.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Bet kodėl mums reikia naujo dalelių greitintuvo, ką mokslininkai tikisi su juo pasiekti?
Ilgas ilgas tunelis
LHC klojamas tame pačiame tunelyje kaip ir ankstesnis dalelių greitintuvas, tiesiog ten buvo įdėtas naujas užpildas. Ankstesnio įrenginio darbas buvo apribotas 2000 m.
Bet BCC bus pastatytas visiškai naujas 100 kilometrų ilgio tunelis. Dėl padidėjusio dalelių greitintuvo ilgio, dalelės susidurs su daug didesne jėga.
„Šimtą metų mažų materijos dalelių susidūrimas su didele jėga buvo bene svarbiausias eksperimentinis medžiagos struktūros ir sudėties tyrimo metodas“, - sako Andersas Kvellestadas, dalelių fizikas iš Londono imperatoriškojo koledžo.
Tiesą sakant, CERN plane raginama tame pačiame tunelyje pastatyti kelis įrenginius, kurie bus išdėstyti vienas po kito. Pirmasis mechanizmas susidurs elektronus ir pozitronus, ir jis gali būti naudojamas tikslesniems matavimams ir tyrimams, pavyzdžiui, Higso bozonas, apie kurį toli gražu ne viskas žinoma.
Taip pat bus galima nustatyti visiškai naujų nežinomų dalelių kvantinius pėdsakus neatliekant tiesioginių stebėjimų.
Nauja fizika?
Be kitų eksperimentų, susijusių su švino atomų elektronų ir branduolių susidūrimais, vėliau planuojama sukurti labai galingą mechanizmą, kurio dėka protonai susidurs su protonais tunelyje.
„Dalelių fizikoje protono susidūrimas su protonu panašus į plaktuką, o elektrono susidūrimą su pozitronu galima palyginti su mažu geologiniu plaktuku. Pirmasis suteikia daugiau galios, o antrasis yra tikslesnis “.
Pačios dalelės pluošto galia matuojama teraelektronvoltais (TeV). 27 kilometrų ilgio LHC gali valdyti 14 TeV, o naujasis akceleratorius atlaikys iki 100 TeV galią.
Aukštesnė energija leidžia „suvilioti“masyvesnes daleles, kurių galbūt anksčiau nebuvo pastebėta, ir gali būti, kad tokių eksperimentų rezultatai duos visiškai naujos fizikos idėją, aiškina Kvellestad.
Nes visata vis dar pilna dalykų, kurių mokslininkai nesupranta. Pavyzdžiui, nėra atsakymo į klausimą, kas iš tikrųjų yra tamsi energija ir tamsiosios materijos, nors dabartiniame mūsų supratime apie visatą jos yra pagrindinės sąvokos.
Taip pat didelė problema yra šiuolaikinė fizika. Bendroji reliatyvumo ir kvantinio lauko teorija, apibūdinanti elementarias daleles, nesutampa. Šiuo metu nėra paaiškinimo pačiam sunkumui, kuris tinka abiems modeliams.
Nepaisant to, kaip į tai žiūrite, visatos suvokimui kažko trūksta. Siūloma daug paaiškinimų, tačiau tyrėjams reikia įrodymų.
Ir fizikai tikėjosi, kad dabartinis LHC dalelių greitintuvas padės sužinoti apie naująją fiziką. To dar neatsitiko, tačiau LHC dirbs dar daugelį metų.
„Dabar mes žinome apie kai kuriuos nedidelius, tačiau įdomius esamų duomenų teorijos ir praktikos neatitikimus. Todėl tikiuosi, kad kito LHC darbo etapo rezultatai parodys, ar šie neatitikimai yra „naujos fizikos“pasekmė, ar tai tik statistiniai pokyčiai “, - sako Kvellestad.
Tačiau taip pat kyla abejonių dėl planų statyti naujus dalelių greitintuvus.
Ar tai tikrai ką nors padarys?
Vokiečių fizikė Sabine Hossenfelder yra viena iš MCC pasiūlymo kritikų. Ji parašė knygą apie tai, kaip fizikai per daug rūpi lygčių „grožis“.
„The New York Times“skiltyje ji kritikuoja projektą visų pirma dėl to, kad CERN jam siūlo tuos pačius pažadus, duotus prieš statant LHC: surasti tamsiąją medžiagą ir išsiaiškinti visatos kilmę.
Problema ta, kad tokio rezultato jokiu būdu negalima garantuoti, sako Hossenfelderis. Fizikai buvo beveik tikri, kad su LHC pagalba jie suras Higso bozoną, tačiau dabar jie neturi tokių perspektyvių taikinių.
Supersimetrija yra teorija, numatanti kelių skirtingų dalelių, kurios galėtų užpildyti spragas standartiniame modelyje, egzistavimą, tačiau eksperimentuose šios dalelės dar nebuvo paliestos.
Hossenfelderis teigia, kad fizika dabar turėtų tyrinėti kitas galimybes, todėl geriau palaukti sukonstravus didelį akseleratorių, sutelkiant dėmesį į tai, kodėl tariamos dalelės neatsirado LHC.
Jei susidomėjote, daugiau apie projekto kritiką galite perskaityti jos tinklaraštyje. Ji taip pat sako, kad jei pasitelkiant LHC per ateinančius metus tikrai įmanoma ką nors rasti, tada vaizdas gali pasikeisti.
Pagrindiniai tyrimai
„Atradus Higso bozoną, mes nebeturime jokių teorinių„ garantijų “, kad naujos kartos eksperimentuose rasime naujų dalelių“, - sako Andersas Kvellestadas. tyrimų būsena - kai niekas nežino, kas gali paaiškėti kitame eksperimente “.
"Fizikos istorijoje yra keletas atradimų, kurių niekas nenumatė, pavyzdžių."
Kvellestad mano, kad net jei fizikai nesutaria, ko tikėtis iš šių eksperimentų, tai neturėtų būti argumentas prieš naujų didelių eksperimentų atlikimą.
Naujų dalelių greitintuvų dėka mokslininkai galės geriau ištirti ir išmatuoti jau žinomas daleles, sakė Kvellestad.
Reikia sukurti didesnį mechanizmą, bet ne dabar?
„Nėra abejonės, kad dalelių fizikos tyrimų ateities kelią lems didesnis mechanizmas“, - sako Bjørn Samset, Cicerono tarptautinių aplinkos ir klimato tyrimų centro tyrėjas. Jis yra pradinių dalelių fizikas, apmokytas ir dirbo CERN.
"Vienintelis klausimas yra, ar laikas jį kurti, ar šiuo metu geriau susitelkti į kitus dalykus."
Jis taip pat mano, kad fizika greičiausiai duotų daugiau naudos, jei pirmiausia būtų išsamiau įvertinti kiti projektai, kurie galėtų padėti geriau suprasti, ką gali rasti naujas prietaisas.
„Samsetas“kaip pavyzdį nurodo tamsiąją medžiagą.
"Daugelis tikėjosi, kad LHC užteks energijos, kad būtų galima sukurti daleles, iš kurių gali būti padaryta tamsiosios medžiagos."
Buvo pateikta daug teorijų, o kai kurios buvo paneigtos, tačiau daugelį vis dar reikia patikrinti. Kyla klausimas, ar galbūt nėra geriau sutelkti dėmesį į kitus metodus, pavyzdžiui, specialius jutiklius, su kuriais galite tiesiogiai užfiksuoti tamsiąją medžiagą.
Jei BCC bus pastatytas, tai greitai neįvyks, tačiau Samsetas pabrėžia, kad labai svarbu tokius projektus iš anksto aptarti.
„Laukimo pavojus yra patirties praradimas. CERN technikai yra tikri magai, jie verčia akceleratorių daryti neįtikėtinus dalykus. Jei nepradėtume planuoti kito projekto dabar, daug šios patirties gali būti prarasta.
Tuo pat metu jis mano, kad patirtį galima perduoti įgyvendinant kitus projektus. Tačiau jis įsitikinęs, kad didžiuliai greitintuvai vis tiek bus pastatyti.
"Tokį mechanizmą reikėtų sukurti ir jis bus pastatytas, bet galbūt dar per anksti?"
Lasse Biørnstad