Физикийн мухардлаас хэрхэн гарах вэ?
Дараагийн үеийн бөөмс мөргөлдүүлэгч нь олон тэрбум долларын өртөгтэй байх болно. Европ болон Хятадад ийм төхөөрөмжийг бүтээхээр төлөвлөж байгаа ч эрдэмтэд энэ нь утга учиртай эсэх талаар эргэлзэж байна. Магадгүй бид физикт нээлт хийхэд хүргэх туршилт, судалгааны шинэ арга замыг эрэлхийлэх хэрэгтэй болов уу?
Стандарт загвар нь том адрон коллайдер (LHC) зэрэг олон удаа батлагдсан боловч энэ нь физикийн бүх хүлээлтийг хангаж чадахгүй байна. Энэ нь харанхуй матери, харанхуй энерги байдаг, таталцал яагаад бусад үндсэн хүчнээс тийм ялгаатай байдаг зэрэг нууцуудыг тайлбарлаж чадахгүй.
Ийм асуудалтай уламжлалт байдлаар харьцдаг шинжлэх ухаанд эдгээр таамаглалыг батлах эсвэл үгүйсгэх арга байдаг. нэмэлт мэдээлэл цуглуулах - энэ тохиолдолд илүү сайн дуран, микроскопоос, магадгүй цоо шинэ, бүр том хэмжээтэй супер бампер энэ нь нээгдэх боломжийг бий болгоно хэт тэгш хэмтэй хэсгүүд.
2012 онд Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн Өндөр энергийн физикийн хүрээлэн аварга супер тоолуур бүтээх төлөвлөгөөгөө зарласан. Төлөвлөсөн Электрон Позитрон Коллайдер (CEPC) Энэ нь 100 км орчим тойрогтой байх бөгөөд энэ нь LHC-ээс бараг дөрөв дахин их байх болно (1). Үүний хариуд 2013 онд LHC-ийн оператор, өөрөөр хэлбэл CERN шинэ мөргөлдөх төхөөрөмж хийх төлөвлөгөөгөө зарлав. Ирээдүйн дугуй мөргөлдүүлэгч (FCC).
1. Төлөвлөсөн CEPC, FCC болон LHC хурдасгууруудын хэмжээсийн харьцуулалт.
Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд, инженерүүд эдгээр төслүүдэд асар их хөрөнгө оруулалт хийх нь зүйтэй болов уу гэж гайхаж байна. Бөөмийн физикийн салбарын Нобелийн шагналт Чен-Нин Ян гурван жилийн өмнө өөрийн блогтоо шинэ супер тэгш хэмийн тусламжтайгаар хэт тэгш хэмийн ул мөрийг эрэлхийлсэнийг шүүмжилж, үүнийг "Таамаглах тоглоом" гэж нэрлэжээ. Маш үнэтэй таамаг. Түүнийг Хятадын олон эрдэмтэд дэмжиж, Европын шинжлэх ухааны нэрт зүтгэлтнүүд FCC төслийн талаар ижил сэтгэлээр ярьж байв.
Энэ тухай Gizmodo сэтгүүлд Франкфурт дахь ахисан түвшний судалгааны хүрээлэнгийн физикч Сабин Хоссенфельдер мэдээлэв. -
Илүү хүчирхэг коллайдеруудыг бий болгох төслүүдийг шүүмжлэгчид нөхцөл байдал баригдсан үеэс өөр байгааг тэмдэглэжээ. Биднийг хүртэл хайж байсан нь тухайн үед мэдэгдэж байсан Богс Хиггс. Одоо зорилго нь бага тодорхойлогддог. Хиггсийн нээлтэд нийцүүлэн сайжруулсан Том Адрон Коллайдерын хийсэн туршилтын үр дүн чимээгүй байгаа нь 2012 оноос хойш ямар ч шинэ нээлт хийгээгүй нь зарим талаар аймшигтай юм.
Нэмж дурдахад олонд танигдсан, гэхдээ магадгүй бүх нийтийн биш баримт байдаг LHC-ийн туршилтын үр дүнгийн талаар бидний мэддэг бүх зүйл нь тухайн үед олж авсан өгөгдлийн ердөө 0,003% -ийн дүн шинжилгээнээс үүдэлтэй юм. Бид үүнээс илүүг даван туулж чадсангүй. Биднийг зовоож буй физикийн агуу асуултуудын хариулт нь бидний авч үзээгүй 99,997% -д аль хэдийн ирснийг үгүйсгэх аргагүй юм. Магадгүй танд өөр нэг том, үнэтэй машин бүтээх шаардлагагүй, харин илүү их мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийх арга замыг хайж олох хэрэгтэй болов уу?
Физикчид машинаас илүү ихийг шахах гэж найдаж байгаа тул үүнийг анхаарч үзэх нь зүйтэй юм. Саяхан эхэлсэн хоёр жилийн зогсолт (гэж нэрлэгдэх) нь коллайдерыг 2021 он хүртэл идэвхгүй байлгаж, засвар үйлчилгээ хийх боломжийг олгоно (2). Дараа нь 2023 онд томоохон шинэчлэлт хийхээс өмнө ижил төстэй эсвэл арай өндөр эрчим хүчээр ажиллаж эхлэх бөгөөд 2026 онд дуусгахаар төлөвлөж байна.
Энэхүү шинэчлэл нь нэг тэрбум долларын өртөгтэй байх болно (FCC-ийн төлөвлөсөн зардалтай харьцуулахад хямд), түүний зорилго гэж нэрлэгддэг зүйлийг бий болгох явдал юм. Өндөр гэрэлтэлт-LHC. 2030 он гэхэд энэ нь нэг секундэд машинаас гардаг мөргөлдөөний тоог арав дахин нэмэгдүүлэх боломжтой.
2. LHC-ийн засварын ажил
Энэ нь нейтрино байсан
Хэдий тийм байх төлөвтэй байсан ч LHC-д илрээгүй хэсгүүдийн нэг нь юм WIMP өргөтгөл (-сул харилцан үйлчлэлтэй их хэмжээний бөөмс). Эдгээр нь сул харилцан үйлчлэлтэй дүйцэхүйц хүчээр үзэгдэх бодистой харилцан үйлчилдэг таамагласан хүнд хэсгүүд (10 ГэВ/с²-ээс хэд хэдэн ТеВ/с² хүртэл, протоны масс нь 1 ГэВ/с²-ээс бага зэрэг) юм. Тэд орчлон ертөнцөд энгийн бодисоос тав дахин их байдаг харанхуй бодис хэмээх нууцлаг нууцлаг массыг тайлбарлах болно.
LHC дээр туршилтын өгөгдлийн эдгээр 0,003% -д WIMP олдсонгүй. Гэсэн хэдий ч үүнд хямд аргууд байдаг - жишээлбэл. XENON-NT туршилт (3), Шингэн ксенон бүхий асар том савыг Италийн гүнд, судалгааны сүлжээнд нийлүүлж байна. Өмнөд Дакота дахь өөр нэг том ксенон савны LZ-д хайлт 2020 оноос эхлэх болно.
Хэт мэдрэмтгий хэт хүйтэн хагас дамжуулагч мэдрэгчээс бүрдсэн өөр нэг туршилтыг нэрлэжээ SuperKDMS SNOLAB, 2020 оны эхээр Онтарио руу өгөгдөл байршуулж эхэлнэ. Тиймээс 20-р зууны XNUMX-иод онд эдгээр нууцлаг тоосонцорыг эцэст нь "буудах" боломж нэмэгдэж байна.
Уимпс бол эрдэмтдийн эрэлхийлдэг цорын ганц хар бодис биш юм. Үүний оронд туршилтууд нь нейтрино шиг шууд ажиглах боломжгүй аксион гэж нэрлэгддэг өөр бөөмсийг үүсгэж болно.
Дараагийн арван жил нь нейтринотой холбоотой нээлтүүдэд хамаарах магадлал өндөр байна. Эдгээр нь орчлон ертөнцийн хамгийн элбэг дэлбэг хэсгүүдийн нэг юм. Үүний зэрэгцээ, нейтрино нь энгийн бодистой маш сул харилцан үйлчилдэг тул судлахад хамгийн хэцүү зүйлүүдийн нэг юм.
Эрдэмтэд энэ бөөмс нь гурван тусдаа амт гэж нэрлэгддэг гурван бие даасан массын төлөвөөс бүрддэг гэдгийг эртнээс мэддэг байсан - гэхдээ тэдгээр нь амтанд яг таардаггүй бөгөөд амт бүр нь квант механикийн улмаас гурван массын төлөв байдлын хослол юм. Судлаачид эдгээр массын яг утгыг олж, үнэр бүрийг бий болгохын тулд тэдгээрийг нэгтгэх үед гарч ирэх дарааллыг олж мэдэх болно гэж найдаж байна. зэрэг туршилтууд Кэтрин Германд тэд ирэх жилүүдэд эдгээр утгыг тодорхойлоход шаардлагатай мэдээллийг цуглуулах ёстой.
3. XENON-nT детекторын загвар
Нейтрино нь хачирхалтай шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, сансар огторгуйд аялахдаа тэд амтыг нь өөрчилдөг юм шиг санагддаг. -аас мэргэжилтнүүд Жианмень газар доорх нейтрино ажиглалтын төв Ирэх онд ойролцоох атомын цахилгаан станцаас ялгарах нейтриногийн талаарх мэдээллийг цуглуулж эхлэх төлөвтэй байгаа Хятадад.
Энэ төрлийн төсөл бий Супер Камиоканда, Японд ажиглалт удаан хугацаанд үргэлжилж байна. АНУ өөрийн нейтрино туршилтын талбайгаа барьж эхэлжээ. LBNF Иллинойс болон гүн дэх нейтринотой туршилт ДУНД Өмнөд Дакота мужид.
Олон улсаас санхүүжүүлсэн 1,5 тэрбум ам.долларын өртөгтэй LBNF/DUNE төсөл 2024 онд эхэлж, 2027 он гэхэд бүрэн ашиглалтад орох төлөвтэй байна. Нейтриногийн нууцыг задлахад зориулагдсан бусад туршилтууд орно өргөн чөлөө, Теннесси муж дахь Оак Риджийн үндэсний лабораторид болон богино хэмжээний нейтрино хөтөлбөр, Иллинойс мужийн Фермилаб хотод.
Хариуд нь төсөлд Домог-200, 2021 онд нээхээр төлөвлөж буй нейтриногүй давхар бета задрал гэж нэрлэгддэг үзэгдлийг судлах болно. Атомын цөмөөс хоёр нейтрон нэгэн зэрэг задарч, протон болгон задалдаг гэж үздэг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь электрон болон , өөр нейтринотой холбогдож устгадаг.
Хэрэв ийм урвал байсан бол энэ нь нейтрино нь өөрсдийнх нь эсрэг бодис гэдгийг нотлох баримт болж, эртний ертөнцийн тухай өөр нэг онолыг шууд бусаар баталж, яагаад эсрэг бодисоос илүү матери байдгийг тайлбарлах болно.
Физикчид мөн сансар огторгуйд нэвтэрч орчлон ертөнцийг тэлэлтэд хүргэдэг нууцлаг харанхуй энергийг эцэслэн судлахыг хүсч байна. Хар энергийн спектроскопи Уг хэрэгсэл (DESI) өнгөрсөн жил л ажиллаж эхэлсэн бөгөөд 2020 онд ашиглалтад орох төлөвтэй байна. Том синоптик судалгааны телескоп Чили улсад Үндэсний Шинжлэх Ухааны Сан/Эрчим хүчний газрын туршилтын журмаар энэхүү төхөөрөмжийг ашиглан судалгааны бүрэн хэмжээний хөтөлбөрийг 2022 онд эхлүүлэх ёстой.
Нөгөө талаар (4), удахгүй болох арван жилийн үйл явдал болох хувь тавилантай байсан бөгөөд эцэст нь хорин жилийн ойн баатар болно. Төлөвлөсөн хайлтаас гадна галактик, тэдгээрийн үзэгдлийг ажиглах замаар харанхуй энергийг судлахад хувь нэмэр оруулна.
4. Жеймс Уэбб телескопын дүрслэл
Бид юу асуух гэж байна
Эрүүл ухаанаар бол арван жилийн дараа ч гэсэн хариултгүй асуултуудыг асуугаад байвал физикийн дараагийн арван жил амжилтад хүрэхгүй. Хүссэн хариултаа авахаас гадна цоо шинэ асуултууд гарч ирэх үед энэ нь илүү дээр байх болно, учир нь бид физикийн хувьд "Надад асуулт байхгүй" гэж хэлэх нөхцөл байдалд хэзээ ч найдаж чадахгүй.
