Κανείς δεν μπερδεύει με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Είναι ο ανώτατος σπαστήρας των σωματιδίων της σημερινής εποχής και τίποτα δεν μπορεί να αγγίξει τις ενεργειακές του δυνατότητες ή την ικανότητα να μελετά τα σύνορα της φυσικής. Όμως όλη η δόξα είναι παροδική και τίποτα δεν διαρκεί για πάντα. Τελικά, κάπου γύρω στο 2035, τα φώτα σε αυτό το 17 χιλιόμετρο (27 χιλιόμετρα) δαχτυλίδι εξουσίας θα βγουν έξω. Τι έρχεται μετά από αυτό;
Οι ανταγωνιστικές ομάδες σε όλο τον κόσμο σπρώχνουν για να εξασφαλίσουν οικονομική στήριξη για να κάνουν τις ιδέες τους για συγκρούσεις κατοικίδιων ζώων το επόμενο μεγάλο πράγμα. Ένα σχέδιο περιγράφηκε στις 13 Αυγούστου σε μια εφημερίδα στο εκτυπωτικό περιοδικό arXiv. Γνωστός ως Compact Linear Collider (ή CLIC, επειδή είναι χαριτωμένο), το προτεινόμενο μαζικό, υποατομικό όπλο σιδηροτροχιάς φαίνεται να είναι ο πρώτος δρομέας. Ποια είναι η αληθινή φύση του μποζονίου Higgs; Ποια είναι η σχέση του με το κορυφαίο κουάρκ; Μπορούμε να βρούμε υποδείξεις φυσικής πέρα από το Πρότυπο Μοντέλο; Το CLIC μπορεί να απαντήσει σε αυτές τις ερωτήσεις. Συμπεριλαμβάνει μόνο ένα σωματιδιακό σπαστήρα περισσότερο από το Μανχάταν.
Υποθαλάσσιοι αγώνες οπισθέλκουσας
Ο Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων (LHC) σβήνει μαζί κάπως βαρύ σωματίδια γνωστά ως hadrons (εξ ου και το όνομα της εγκατάστασης). Έχετε ένα σωρό αδρόνια μέσα στο σώμα σας. τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι οι πιο συνηθισμένοι εκπρόσωποι αυτής της μικροσκοπικής οικογένειας. Στο LHC, γύρω και γύρω από τα αδρόνια πηγαίνουν σε έναν γιγαντιαίο κύκλο, μέχρι να πλησιάσουν την ταχύτητα του φωτός και να αρχίσουν να χτυπούν. Παρόλο που είναι εντυπωσιακό - ο LHC φτάνει σε ενέργεια που δεν συνδυάζεται με καμία άλλη συσκευή στη Γη - όλη η υπόθεση είναι ακατάστατη. Μετά από όλα, τα αδρόνια είναι συσσωματωμένα σωματίδια, μόνο σάκοι άλλων, μικρότερων, πιο θεμελιωδών πραγμάτων, και όταν τα αδρόνια καταρρέουν, όλα τα έντερά τους χυθούν σε όλο τον τόπο, γεγονός που καθιστά την ανάλυση περίπλοκη.
Σε αντίθεση, το CLIC έχει σχεδιαστεί για να είναι πολύ απλούστερο, καθαρότερο και χειρουργικό. Αντί των αδρόνων, το CLIC θα επιταχύνει τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια, δύο ελαφρά, βασικά σωματίδια. Και αυτό το σβήσιμο θα επιταχύνει τα σωματίδια σε μια ευθεία γραμμή, οπουδήποτε από 7 έως 31 μίλια (11 έως 50 χλμ.), Ανάλογα με τον τελικό σχεδιασμό, ακριβώς κάτω από το βαρέλι.
Όλη αυτή η αμηχανία δεν θα συμβεί όλα με τη μία. Το τρέχον σχέδιο είναι για το CLIC να ξεπεράσει τη χαμηλή του ικανότητα το 2035, αμέσως μόλις τελειώσει ο LHC. Το CLIC πρώτης γενιάς θα λειτουργεί σε 380 gigaelectronvolts (GeV), λιγότερο από το ένα τρίτο της μέγιστης ισχύος του LHC. Στην πραγματικότητα, ακόμη και η πλήρης επιχειρησιακή ισχύς του CLIC, που στοχεύει σήμερα σε 3 teraelectronvolts (TeV), είναι μικρότερη από το ένα τρίτο του τι μπορεί να κάνει ο LHC τώρα.
Αν λοιπόν ένας προηγμένος, συγκρουστής σωματιδίων επόμενης γενιάς δεν μπορεί να νικήσει τι μπορούμε να κάνουμε σήμερα, ποιο είναι το σημείο;
Χέγκσγκ κυνηγός
Η απάντηση του CLIC είναι να δουλεύει πιο έξυπνα και όχι πιο δύσκολη. Ένας από τους κύριους επιστημονικούς στόχους του LHC ήταν να βρει το μποζόνιο Higgs, το μακρύς-αναζητούμενο σωματίδιο που προσδίδει μάζα σε άλλα σωματίδια. Πίσω στη δεκαετία του '80 και του '90, όταν σχεδιάστηκε το LHC, δεν ήμασταν σίγουροι ότι το Higgs υπήρχε ακόμη και δεν είχαμε καμία ιδέα για το ποια ήταν η μάζα και άλλες ιδιότητές του. Έτσι, έπρεπε να οικοδομήσουμε ένα εργαλείο γενικού σκοπού που θα μπορούσε να διερευνήσει πολλούς τύπους αλληλεπιδράσεων που θα μπορούσαν όλοι να αποκαλύψουν ένα Higgs.
Και το κάναμε. Ζήτω!
Αλλά τώρα που γνωρίζουμε ότι το Higgs είναι ένα πραγματικό πράγμα, μπορούμε να συντονίσουμε τους οπαδούς μας σε ένα πολύ στενότερο σύνολο αλληλεπιδράσεων. Με αυτόν τον τρόπο, θα προσπαθήσουμε να κατασκευάσουμε όσο το δυνατόν περισσότερα μποζόνια Higgs, να συλλέξουμε σωρούς από ζουμερά δεδομένα και να μάθουμε πολύ περισσότερα για αυτό το μυστήριο αλλά θεμελιώδες σωματίδιο.
Και εδώ έρχεται ίσως το πιο περίεργο κομμάτι της φρασεολογίας φυσικής που πιθανότατα θα συναντήσετε αυτή την εβδομάδα: Higgsstrahlung. Ναι, διαβάζετε αυτό το δικαίωμα. Υπάρχει μια διαδικασία στη φυσική των σωματιδίων γνωστή ως bremsstrahlung, η οποία είναι ένα μοναδικό είδος ακτινοβολίας που παράγεται από μια δέσμη θερμών σωματιδίων γεμάτη σε ένα μικρό κουτί. Κατ 'αναλογία, όταν χτυπάτε ένα ηλεκτρόνιο σε μια θέση με υψηλές ενέργειες, καταστρέφουν ο ένας τον άλλον ένα ντους ενέργειας και νέα σωματίδια, μεταξύ των οποίων ένα μποζόνιο Ζ ζευγαρωμένο με ένα Higgs. Ως εκ τούτου, Higgsstrahlung.
Στα 380 Gev, το CLIC θα είναι εργοστασιακό εργοστάσιο Higgsstrahlung.
Πέρα από το κορυφαίο κουάρκ
Στο νέο άρθρο, ο Aleksander Filip Zarnecki, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας στην Πολωνία και μέλος της συνεργασίας CLIC, εξήγησε την τρέχουσα κατάσταση του σχεδιασμού της εγκατάστασης, βασισμένη σε εκλεπτυσμένες προσομοιώσεις των ανιχνευτών και των συγκρούσεων σωματιδίων.
Η ελπίδα με το CLIC είναι ότι απλά παράγουμε όσο το δυνατόν περισσότερα μποζόνια Higgs σε ένα καθαρό και εύκολο στη μελέτη περιβάλλον, μπορούμε να μάθουμε περισσότερα για το σωματίδιο. Υπάρχουν περισσότεροι από έναν Higgs; Μιλούν ο ένας στον άλλο; Πόσο ισχυρά αλληλεπιδρά το Higgs με όλα τα άλλα σωματίδια του Τυποποιημένου Μοντέλου, τη βασική θεωρία της υποατομικής φυσικής;
Η ίδια φιλοσοφία θα εφαρμοστεί στο κορυφαίο κουάρκ, το λιγότερο κατανοητό και σπάνιο από τα κουάρκ. Πιθανότατα δεν έχετε ακούσει πολλά για το κορυφαίο κουάρκ επειδή είναι ένα είδος μοναχού - ήταν το τελευταίο κουάρκ που ανακαλύφθηκε και το βλέπουμε μόνο σπάνια. Ακόμη και στα αρχικά στάδια, η CLIC θα κατασκευάσει περίπου 1 εκατομμύριο κορυφαία κουάρκ, παρέχοντας μια στατιστική εξουσία ανυπολόγιστη όταν χρησιμοποιεί το LHC και άλλους σύγχρονους συγκεντρωτές. Από εκεί, η ομάδα πίσω από το CLIC ελπίζει να διερευνήσει πώς αποσυντίθεται το κορυφαίο σωματίδιο κουάρκ, κάτι που συμβαίνει πολύ σπάνια. Αλλά με ένα εκατομμύριο από αυτούς, θα μπορούσατε να μάθετε κάτι.
Αλλά αυτό δεν είναι όλα. Σίγουρα, είναι ένα πράγμα να σαρώνουν το Higgs και το κορυφαίο κουάρκ, αλλά ο έξυπνος σχεδιασμός του CLIC του επιτρέπει να περάσει τα όρια του Standard Model. Μέχρι στιγμής, ο LHC έχει ξεσπάσει στις αναζητήσεις για νέα σωματίδια και νέα φυσική. Ενώ έχει ακόμα πολλά χρόνια να μας εκπλήξει, καθώς συνεχίζονται οι καιροί, η ελπίδα μειώνεται.
Μέσω της ακατέργαστης παραγωγής αμέτρητων μποζόνγκ Higgs και κορυφαίων κουάρκ, το CLIC μπορεί να αναζητήσει υπαινιγμούς της νέας φυσικής. Εάν υπάρχει κάποιο εξωτικό σωματίδιο ή αλληλεπίδραση εκεί έξω, θα μπορούσε να επηρεάσει με ακρίβεια τις συμπεριφορές, τις αποσυνθέσεις και τις αλληλεπιδράσεις αυτών των δύο σωματιδίων. Το CLIC μπορεί ακόμη να παράγει το σωματίδιο που είναι υπεύθυνο για τη σκοτεινή ύλη, αυτή τη μυστηριώδη, αόρατη ύλη που αλλάζει την πορεία των ουρανών. Η εγκατάσταση δεν θα είναι σε θέση να δει άμεσα τη σκοτεινή ύλη, φυσικά (επειδή είναι σκοτεινή), αλλά οι φυσικοί μπορούν να εντοπίσουν όταν η ενέργεια ή η ορμή έχει χαθεί από τα συμβάντα σύγκρουσης, ένα σίγουρο σημάδι ότι συμβαίνει κάτι funky.
Ποιος ξέρει τι μπορεί να ανακαλύψει το CLIC; Αλλά ανεξάρτητα από αυτό, πρέπει να προχωρήσουμε πέρα από το LHC αν θέλουμε μια αξιοπρεπή ευκαιρία να κατανοήσουμε τα γνωστά σωματίδια του σύμπαντος μας και να αποκαλύψουμε κάποιες νέες.
Paul M. Sutter είναι ένας αστροφυσικός στο Το κρατικό πανεπιστήμιο του Οχάιο, υποδοχής "Ρωτήστε έναν διαστημόπλοιο" και "Διαστημικό ραδιόφωνο, "και συγγραφέας του"Η Θέση σας στο Σύμπαν."
