Neviens neizjaucas ar lielo hadronu sadursmi. Tā ir pašreizējā laikmeta augstākā daļiņu iznīcinātāja, un nekas nevar pieskarties tās enerģijas spējām vai spējai izpētīt fizikas robežas. Bet visa slava ir pārejoša, un nekas neturpinās mūžīgi. Galu galā kaut kur ap 2035. gadu apgaismojums šajā 17 jūdžu (27 kilometrus) garā enerģijas riņķī izdzisīs. Kas nāk pēc tam?
Konkurējošās grupas visā pasaulē steidzas, lai nodrošinātu finansiālu atbalstu, lai viņu mājdzīvnieku sadursmes idejas būtu nākamā lielā lieta. Viens dizains tika aprakstīts 13. augusta rakstā pirmsdrukas žurnālā arXiv. Pazīstams kā Compact Linear Collider (vai CLIC, jo tas ir jauki), šķiet, ka ierosinātais masīvais subatomiskais sliežu pistole ir priekšgals. Kāda ir Higsa boza patiesā būtība? Kādas ir tās attiecības ar augstāko kvarku? Vai mēs varam atrast kādus mājienus par fiziku ārpus standarta modeļa? CLIC, iespējams, varēs atbildēt uz šiem jautājumiem. Tajā ir iesaistīts tikai daļiņu sadursme ilgāk nekā Manhetenā.
Subatomiskās dragreisa sacensības
Lielais hadronu sadursme (LHC) sagrauj nedaudz smagas daļiņas, kuras sauc par hadroniem (tātad objekta nosaukums). Jūsu ķermenī ir ķekars hadronu; protoni un neitroni ir visizplatītākie šī mikroskopiskā klana pārstāvji. LHC ap un apkārt hadroni iet milzu aplī, līdz tie tuvojas gaismas ātrumam un sāk sagraut. Lai arī iespaidīgs - LHC sasniedz enerģijas, kuras nepārspēj neviena cita ierīce uz Zemes, - visa lieta ir nekārtīga. Galu galā hadroni ir konglomerātu daļiņas, tikai maisi ar citām, smalkākām, fundamentālākām lietām, un, kad hadrons sagrauj, visas viņu zarnas izlīst pa visu vietu, kas padara analīzi sarežģītu.
Turpretī CLIC ir izstrādāta daudz vienkāršāka, tīrāka un ķirurģiskāka. Hedronu vietā CLIC paātrinās elektronus un pozitronus, divas gaismas pamatdaļiņas. Un šis skaldītājs paātrinās daļiņu veidošanos taisnā līnijā jebkur no 7 līdz 31 jūdzēm (11 līdz 50 km), atkarībā no galīgā projekta, tieši mucā.
Tas viss lieliski nenotiks uzreiz. Pašreizējais plāns ir paredzēts, lai CLIC 2035. gadā sāktu darboties ar mazāku jaudu, tieši tad, kad LHC tiek likvidēts. Pirmās paaudzes CLIC darbosies tikai ar 380 gigaelektronovoltiem (GeV), kas ir mazāk nekā viena trešdaļa no LHC maksimālās jaudas. Patiesībā pat pilna CLIC darbības jauda, kas šobrīd paredzēta 3 teraelektronovoltiem (TeV), ir mazāka par trešdaļu no tā, ko LHC var darīt tagad.
Tātad, ja progresīvs nākamās paaudzes daļiņu sadursme nespēj pārspēt to, ko mēs šodien varam darīt, kāda jēga?
Higsa mednieks
CLIC atbilde ir strādāt gudrāk, nevis grūtāk. Viens no galvenajiem LHC zinātniskajiem mērķiem bija atrast Higsa bozonu, ilgi meklēto daļiņu, kas aizdod citām daļiņām to masu. Astoņdesmitajos un deviņdesmitajos gados, kad tika izstrādāts LHC, mēs nebijām pārliecināti, ka Higgs pat pastāv, un mums nebija ne mazākās nojausmas, kāda ir tā masa un citas īpašības. Tāpēc mums bija jāizveido vispārējas nozīmes instruments, kas varētu izpētīt daudzus mijiedarbības veidus, kas visi potenciāli varētu atklāt Higgu.
Un mēs to izdarījām. Hooray!
Bet tagad, kad mēs zinām, ka Higss ir reāla lieta, mēs varam pielāgot savus sadursmes dalībniekus daudz šaurākam mijiedarbību kopumam. To darot, mēs centīsimies izgatavot pēc iespējas vairāk Higsa bozonu, savākt kaudzi sulīgu datu un uzzināt daudz vairāk par šo noslēpumaino, bet pamatdaļiņu.
Un šeit nāk varbūt pats savādākais fizikas žargons, ar kuru jūs, iespējams, saskarsities šonedēļ: Higgsstrahlung. Jā, jūs lasījāt šīs tiesības. Daļiņu fizikā ir process, kas pazīstams kā bremsstrahlung, kas ir unikāls starojuma veids, ko rada karstu daļiņu ķekars, kas ierauts nelielā kastē. Pēc analoģijas, kad jūs iesitat elektronu stāvoklī pie lielām enerģijām, tie iznīcina viens otru enerģijas un jaunu daļiņu dušā, starp kuriem ir Z bozons pārī ar Higgu. Līdz ar to Higgsstrahlung.
Plkst. 380 Gev CLIC būs Higsstrahlung rūpnīcas ekstraordinārs.
Aiz augšējā kvarca
Jaunajā rakstā Aleksandrs Filips Žarnecki, Varšavas Universitātes fiziķis Polijā un CLIC sadarbības biedrs, izskaidroja objekta konstrukcijas pašreizējo stāvokli, pamatojoties uz sarežģītām detektoru simulācijām un daļiņu sadursmēm.
Ar CLIC cer, ka vienkārši saražojot pēc iespējas vairāk Higsa bozus tīrā, viegli izpētītā vidē, mēs varam uzzināt vairāk par daļiņu. Vai ir vairāk nekā viens Higss? Vai viņi runā viens ar otru? Cik spēcīgi Higss mijiedarbojas ar visām citām standarta modeļa daļiņām, kas ir galvenā subatomiskās fizikas galvenā teorija?
Tāda pati filozofija attieksies uz visaugstāko kvarku, kas ir visizplatītākais un retākais kvarkam. Jūs, iespējams, neesat daudz dzirdējis par augšējo kvarku, jo tas ir sava veida vientuļnieks - tā bija pēdējā atklātā kvarka, un mēs to redzam tikai reti. Pat sākotnējos posmos CLIC ražos aptuveni 1 miljonu augstāko kvarku, nodrošinot statistisko jaudu, kas vēl nav dzirdams, lietojot LHC un citus mūsdienu sadursmes veidotājus. Turpmāk komanda, kas atrodas aiz CLIC, cer izpētīt, kā sadalās augšējās biezpiena daļiņas, kas notiek ļoti reti. Bet ar miljonu no viņiem jūs, iespējams, varēsit kaut ko iemācīties.
Bet tas vēl nav viss. Protams, tā ir viena lieta, lai sakārtotu Higsa un augstāko kvarku, taču CLIC viedais dizains ļauj tam iziet ārpus standarta modeļa robežām. Līdz šim LHC ir meklējis jaunas daļiņas un jaunu fiziku. Lai arī mums vēl ir palicis daudz gadu, lai mūs pārsteigtu, laikam ritot, cerība mazinās.
Izmantojot neapstrādātu neskaitāmo Higsa bozonu un augstāko kvarku daudzumu, CLIC var meklēt jaunas fizikas padomus. Ja tur ir kādas eksotiskas daļiņas vai mijiedarbība, tas var smalki ietekmēt šo divu daļiņu izturēšanos, sabrukšanu un mijiedarbību. CLIC var radīt pat daļiņu, kas atbild par tumšo matēriju - šo noslēpumaino, neredzēto vielu, kas maina debesu gaitu. Iekārta, protams, tieši neredzēs tumšo vielu (jo tā ir tumša), taču fiziķi var pamanīt, kad sadursmes laikā ir pazudusi enerģija vai impulss, un tas ir pārliecināts, ka notiek kaut kas bailīgs.
Kas zina, ko CLIC varētu atklāt? Bet neatkarīgi no tā, mums ir jāiet tālāk par LHC, ja vēlamies pienācīgu iespēju izprast mūsu Visuma zināmās daļiņas un atklāt dažas jaunas.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, “Jautājiet kosmosa darbiniekam" un "Kosmosa radio, "un" autorsTava vieta Visumā."
