Jei dalelių fizikai pasieks savo kelią, nauji greitintuvai vieną dieną gali ištirti įdomiausią fizikos subatominę dalelę - Higso bozoną. Praėjus šešeriems metams po šios dalelės atradimo per didįjį hadronų susidūrimą, fizikai planuoja didžiules naujas mašinas, kurios drieksis dešimtis kilometrų Europoje, Japonijoje ar Kinijoje.
- „Salik.biz“
Nauji susidūrėjai: kokie jie bus
Šios subatominės dalelės, atskleidžiančios masės kilmę, atradimas paskatino baigti standartinį modelį - visa apimančią dalelių fizikos teoriją. Tai taip pat tapo svarbiu LHC, šiuo metu didžiausio pasaulyje akceleratoriaus, laimėjimu - galų gale jis buvo pastatytas ieškant Higso bozono, nors ir ne tik.
Dabar fizikai nori gilintis į Higso bozono slėpinius tikėdamiesi, kad tai bus raktas sprendžiant ilgalaikes dalelių fizikos problemas. „Higgsas yra ypatinga dalelė“, - sako fizikas Yifang Wang, Pekino Aukštosios energijos fizikos instituto direktorius. "Mes tikime, kad Higgsas yra langas į ateitį".
Didysis hadronų kollideris, dar žinomas kaip LHC, sudarytas iš 27 kilometrų ilgio žiedo, kurio viduje protonai įsibėgėja beveik iki šviesos greičio ir susiduria milijardus kartų per sekundę, beveik pasiekė savo ribą. Jis atliko puikų darbą surasdamas Higsą, tačiau jis nėra tinkamas išsamiems tyrimams.
Todėl dalelių fizikai reikalauja naujo dalelių susidūrimo įrenginio, specialiai sukurto paleisti Higso bozonų krūvas. Šiems galingiems naujiems aparatams buvo pasiūlyta keletas dizainų, ir mokslininkai tikisi, kad šios Higso gamyklos galėtų padėti rasti akivaizdžių standartinio modelio trūkumų sprendimus.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Standartinis modelis nėra išsami visatos teorija“, - sako eksperimentinė dalelių fizikė Galina Abramovich iš Tel Avivo universiteto. Pavyzdžiui, ši teorija nepaaiškina tamsiosios materijos, nenustatytos medžiagos, kurios masė reikalinga norint atsižvelgti į tokius kosminius stebėjimus kaip žvaigždžių judėjimas galaktikose. Tai taip pat nepaaiškina, kodėl Visata yra sudaryta iš materijos, o antimaterija yra ypač reta.
Naujųjų susidūrėjų šalininkai tvirtina, kad kruopštus Higso bozono tyrimas galėtų nukreipti mokslininkus link šių paslapčių išsprendimo. Tačiau tarp mokslininkų naujų brangių greitintuvų noro nepalaiko visi. Be to, neaišku, kas būtent tokias mašinas galėjo rasti.
Kitas eilutėje
Pirmasis iš eilės yra Tarptautinis linijinis susidūrimo įrenginys šiaurės Japonijoje. Skirtingai nuo LHC, kuriame dalelės juda žiede, MLC pagreitina du dalelių pluoštus tiesia linija, tiesiai vienas ant kito, per visą 20 kilometrų ilgį. Ir užuot pastūmęs protonus kartu, jis stumia elektronus ir jų antimaterijos partnerius, pozitronus.
Tačiau 2018 m. Gruodžio mėn. Japonijos mokslo tarybos tarpdisciplininis komitetas nepritarė projektui, ragindamas vyriausybę būti atsargiam jo palaikymui ir domėtis, ar tikėtina mokslo pažanga pateisina susidūrimo priemonės kainą, kuri šiuo metu vertinama 5 milijardais JAV dolerių.
Šalininkai teigia, kad MLK planas susidurti elektronus ir pozitronus, o ne protonus, turi keletą pagrindinių pranašumų. Elektronai ir pozitronai yra elementariosios dalelės, tai yra, jie neturi mažesnių komponentų, o protonai yra sudaryti iš mažesnių dalelių - kvarkų. Tai reiškia, kad protonų susidūrimai bus chaotiškesni ir sukurs daugiau nenaudingų dalelių šiukšlių, kurias teks perbraukti.
Be to, susidūrus protonams, tik dalis kiekvieno protono energijos patenka į susidūrimą, tuo tarpu elektronų-pozitronų susidūrimuose dalelės perduoda visą energiją į susidūrimą. Tai reiškia, kad mokslininkai gali sureguliuoti susidūrimo energiją, norėdami padidinti pagamintą Higso bozonų skaičių. Tuo pačiu metu MLK prireiktų tik 250 milijardų elektronų voltų, kad būtų galima sukurti Higso bozonus, palyginti su 13 trilijonų elektronų voltų LHC.
MLK „duomenų kokybė bus daug geresnė“, - sako dalelių fizikas Linas Evansas iš CERN Ženevoje. Vienas iš 100 MLK susidūrimų sukels Higso bozoną, o LHC tai įvyks kartą per 10 milijardų susidūrimų.
Tikimasi, kad Japonijos vyriausybė kovo mėnesį priims sprendimą dėl susidūrimo. Evansas sako, kad jei MLK bus patvirtintas, sukurti prireiks apie 12 metų. Vėliau akseleratorių taip pat galima patobulinti, kad padidėtų jo pasiekiama energija.
CERN planuoja pastatyti panašią mašiną - kompaktišką linijinį kolliderį (CLIC). Jis taip pat susidurs elektronus ir pozitronus, tačiau esant didesnei energijai nei MLK. Jo energija prasidės nuo 380 milijardų elektronų voltų ir atnaujinimų serijoje išaugs iki 3 trilijonų elektronų voltų. Norint pasiekti šias aukštesnes energijas, reikia sukurti naują dalelių pagreičio technologiją, o tai reiškia, kad CLIC nepasirodys prieš MLK, sako Evansas, vadovaujantis abiejų projektų moksliniam bendradarbiavimui.
Bėgiojimas ratu
Kiti du planuojami susidūrimai Kinijoje ir Europoje bus tokie pat apvalūs kaip LHC, tačiau daug didesni: kiekvienas jų bus po 100 kilometrų. Tai yra pakankamai didelis ratas, kad būtų galima du kartus apjuosti Lichtenšteino šalį. Tai praktiškai yra Maskvos žiedinio kelio ilgis.
Žiedinis elektronų-pozitronų susidūrėjas, kurio statybų vieta Kinijoje dar nenustatyta, susidurs 240 milijardų elektronų voltų elektronų ir pozitronų pagal lapkričio mėn. Oficialiai paskelbtą koncepcinį planą, kurį remia Wang ir Aukštosios energijos fizikos institutas. Šis greitintuvas vėliau galėtų būti patobulintas taip, kad susidurtų su daug energijos turinčiais protonais. Mokslininkai sako, kad jie galėtų pradėti statyti šią 5–6 milijardų dolerių sumontuotą mašiną iki 2022 m. Ir baigti gaminti iki 2030 m.
CERN taip pat bus pradėtas eksploatuoti etapinis BKK ateities žiedinis kollideris, BKK, elektronų susidūrimas su pozitronais, o vėliau ir protonai. Pagrindinis tikslas bus pasiekti protonų susidūrimus esant 100 trilijonų elektronų voltų, daugiau nei septynis kartus viršijančiam LHC energiją.
Tuo tarpu mokslininkai dvejiems metams išjungė LHC, patobulindami mašiną, kad ji veiktų daugiau energijos. 2026 m. Pradės veikti didelio ryškumo LHC, kuris padidins protonų susidūrimų dažnį mažiausiai penkis kartus.
Higso portretas
Kai LHC buvo pastatytas, mokslininkai buvo pakankamai pasitikintys, kad surado Higso bozoną. Tačiau naudojant naujas mašinas nėra aišku, kokių naujų dalelių reikia ieškoti. Jie tiesiog katalogizuos, kaip stipriai Higgas sąveikauja su kitomis žinomomis dalelėmis.
Higso sąveikos matavimai gali patvirtinti standartinio modelio lūkesčius. Bet jei pastebėjimai skiriasi nuo lūkesčių, neatitikimas gali netiesiogiai parodyti, kad yra kažkas naujo, pavyzdžiui, dalelės, sudarančios tamsiąją medžiagą.
Kai kurie mokslininkai tikisi, kad nutiks kažkas netikėto. Nes pats Higso bozonas yra paslaptis: šios dalelės kondensuojasi į melasą primenantį skystį. Kodėl? Neturime idėjos, sako dalelių teoretikas Michaelas Peskinas iš Stanfordo universiteto. Šis skystis prasiskverbia į visatą, lėtina daleles ir suteikia joms svorio.
Kita paslaptis yra ta, kad Higso masė yra milijonu milijardų mažiau, nei tikėtasi. Šis keistumas gali reikšti, kad yra ir kitų dalelių. Mokslininkai anksčiau manė, kad galėtų atsakyti į Higso problemą pasitelkdami supersimetrijos teoriją - priebalsis, kurio kiekviena dalelė turi sunkesnį partnerį. Bet taip neatsitiko, nes LHC nerado jokių supersimetriškų dalelių pėdsakų.
Būsimi susidūrėjai vis dar gali rasti supersimetrijos įrodymų ar kitaip užsiminti apie naujas daleles, tačiau šį kartą mokslininkai pažadų neduos. Dabar jie yra labiau užsiėmę prioritetų kūrimu ir naujų argumentų, susijusių su naujais susidūrimais ir kitokiais dalelių fizikos eksperimentais, argumentavimu. Vienas dalykas yra tikras: siūlomi greitintuvai tyrinės nežinomą teritoriją su nenuspėjamais rezultatais.
Ilja Khel