Carane njaluk metu saka impasse ing fisika?
Collider partikel generasi sabanjure bakal biaya milyar dolar. Ana rencana kanggo mbangun piranti kasebut ing Eropa lan China, nanging para ilmuwan takon apa iki masuk akal. Mungkin kita kudu nggoleki cara eksperimen lan riset anyar sing bakal nyebabake terobosan ing fisika?
Model Standar wis bola-bali dikonfirmasi, kalebu ing Large Hadron Collider (LHC), nanging ora ketemu kabeh pangarepan fisika. Ora bisa nerangake misteri kayata anane materi peteng lan energi peteng, utawa kenapa gravitasi beda banget karo kekuwatan dhasar liyane.
Ing èlmu kanthi cara tradisional ngatasi masalah kasebut, ana cara kanggo ngonfirmasi utawa mbantah hipotesis kasebut. koleksi data tambahan - ing kasus iki, saka teleskop lan mikroskop sing luwih apik, lan bisa uga saka sing anyar, malah luwih gedhe bumper super sing bakal nggawe kasempatan kanggo ditemokaké partikel supersimetri.
Ing 2012, Institut Fisika Energi Tinggi Akademi Ilmu Pengetahuan Cina ngumumake rencana kanggo mbangun counter super raksasa. Direncanakake Electron Positron Collider (CEPC) bakal duwe circumference watara 100 km, meh kaping papat saka LHC (1). Nanggepi, ing 2013, operator LHC, yaiku CERN, ngumumake rencana kanggo piranti tabrakan anyar sing diarani Future Circular Collider (FCC).
1. Ukuran comparison saka CEPC ngrancang, FCC lan LHC akselerator.
Nanging, para ilmuwan lan insinyur mikir apa proyek kasebut bakal entuk investasi gedhe. Chen-Ning Yang, pamenang Hadiah Nobel ing fisika partikel, ngritik telusuran jejak supersimetri nggunakake supersimetri anyar telung taun kepungkur ing bloge, nyebataken "game guessing." A guess larang banget. Dheweke diucapake dening akeh ilmuwan ing China, lan ing Eropa, para ahli ilmu pengetahuan ngomong kanthi semangat sing padha babagan proyek FCC.
Iki dilaporake menyang Gizmodo dening Sabina Hossenfelder, ahli fisika ing Institut Studi Lanjut ing Frankfurt. -
Kritikus proyek kanggo nggawe tabrakan luwih kuat nyathet yen kahanan kasebut beda karo nalika dibangun. Iku dikenal ing wektu sing kita malah looking for Higgs boson. Saiki gol kurang ditetepake. Lan kasepen ing asil eksperimen sing ditindakake dening Large Hadron Collider ditingkatake kanggo nampung panemuan Higgs - tanpa temuan terobosan wiwit taun 2012 - rada ora nyenengake.
Kajaba iku, ana kondhang, nanging mbok menawa ora universal, kasunyatan sing kabeh sing kita ngerti babagan asil eksperimen ing LHC asale saka analisis mung babagan 0,003% data sing dipikolehi banjur. Kita mung ora bisa nangani liyane. Ora bisa dipungkiri yen jawaban kanggo pitakonan-pitakonan gedhe babagan fisika sing ngganggu kita wis ana ing 99,997% sing durung kita pikirake. Dadi, mungkin sampeyan ora butuh nggawe mesin gedhe lan larang liyane, nanging golek cara kanggo nganalisa informasi luwih akeh?
Iku worth considering, utamané amarga fisikawan ngarep-arep kanggo remet malah luwih metu saka mesin. A downtime rong taun (sing diarani) sing diwiwiti bubar bakal tetep collider ora aktif nganti 2021, ngidini kanggo pangopènan (2). Banjur bakal miwiti operasi kanthi energi sing padha utawa rada luwih dhuwur, sadurunge ngalami upgrade utama ing 2023, kanthi dijadwalake rampung ing 2026.
Upgrade iki bakal biaya siji milyar dolar (mirah dibandhingake karo biaya ngrancang saka FCC), lan goal iku kanggo nggawe sing disebut. Dhuwur Luminositas-LHC. Ing taun 2030, iki bisa nambah sepuluh kali lipat jumlah tabrakan sing diasilake mobil saben detik.
2. Diposaken karya ing LHC
iku neutrino
Salah sawijining partikel sing ora dideteksi ing LHC, sanajan samesthine, yaiku WIMP (-weakly interaksi partikel massive). Iki minangka partikel abot hipotetis (saka 10 GeV / s² nganti sawetara TeV / s², dene massa proton rada kurang saka 1 GeV / s²) sing interaksi karo materi sing katon kanthi gaya sing bisa dibandhingake karo interaksi sing lemah. Dheweke bakal nerangake massa misterius misterius sing disebut materi peteng, sing kaping lima luwih umum ing alam semesta tinimbang materi biasa.
Ing LHC, ora ana WIMP sing ditemokake ing 0,003% data eksperimen kasebut. Nanging, ana cara sing luwih murah kanggo iki - contone. Eksperimen XENON-NT (3), tong ageng xenon cair ing jero lemah ing Italia lan ing proses dipangan menyang jaringan riset. Ing tong xenon liyane, LZ ing South Dakota, telusuran bakal diwiwiti wiwit taun 2020.
Eksperimen liyane, kalebu detektor semikonduktor ultracold supersensitif, diarani SuperKDMS SNOLAB, bakal miwiti ngunggah data menyang Ontario ing awal 2020. Dadi kemungkinan pungkasane "nembak" partikel misterius iki ing 20s abad kaping-XNUMX tambah akeh.
Wimps ora mung siji-sijine calon ilmuwan sing dikepengini. Nanging, eksperimen bisa ngasilake partikel alternatif sing disebut aksion, sing ora bisa diamati langsung kaya neutrino.
Kemungkinan banget yen dekade sabanjure bakal dadi penemuan sing ana gandhengane karo neutrino. Dheweke kalebu partikel sing paling akeh ing jagad raya. Ing wektu sing padha, salah siji sing paling angel kanggo sinau, amarga neutrino sesambungan banget weakly karo prakara biasa.
Para ilmuwan wis suwe ngerti yen partikel iki dumadi saka telung rasa sing disebut lan telung negara massa sing kapisah - nanging ora cocog karo rasa, lan saben rasa minangka kombinasi saka telung negara massa amarga mekanika kuantum. Peneliti ngarep-arep bisa nemokake makna sing tepat saka massa kasebut lan urutan sing katon nalika digabungake kanggo nggawe saben wewangian. Eksperimen kayata CATHERINE ing Jerman, dheweke kudu ngumpulake data sing dibutuhake kanggo nemtokake nilai kasebut ing taun-taun sing bakal teka.
3. Model detektor XENON-nT
Neutrino nduweni sifat aneh. Lelungan ing papan, umpamane, dheweke katon oscillate antarane rasa. Pakar saka Observatorium Neutrino Bawah Tanah Jiangmen ing China, sing samesthine bakal miwiti ngumpulake data babagan neutrino sing dipancarake saka pembangkit listrik tenaga nuklir ing taun ngarep.
Ana proyek jinis iki Super Kamiokande, pengamatan ing Jepang wis suwe saya suwe. AS wis miwiti mbangun situs tes neutrino dhewe. LBNF ing Illinois lan eksperimen karo neutrino ing ambane DUNES ing South Dakota.
Proyek LBNF/DUNE sing didanai dening macem-macem negara $1,5 milyar bakal diwiwiti ing 2024 lan bisa digunakake ing taun 2027. Eksperimen liyane sing dirancang kanggo mbukak kunci rahasia neutrino kalebu AVENUE, ing Laboratorium Nasional Oak Ridge ing Tennessee, lan program neutrino baseline singkat, ing Fermilab, Illinois.
Ing siji, ing project Katrangan-200, Dijadwal kanggo mbukak ing 2021, fenomena sing dikenal minangka bosok beta dobel neutrinoless bakal diteliti. Dianggep yen rong neutron saka inti atom bebarengan bosok dadi proton, saben neutron ngetokake elektron lan , teka menyang kontak karo neutrino liyane lan annihilates.
Yen reaksi kasebut ana, bakal menehi bukti yen neutrino minangka antimateri dhewe, kanthi ora langsung ngonfirmasi teori liyane babagan alam semesta awal - nerangake kenapa ana luwih akeh tinimbang antimateri.
Fisikawan uga pengin pungkasanipun nyinaoni energi peteng misterius sing nembus ruang lan ndadékaké ekspansi alam semesta. Spektroskopi energi peteng Alat kasebut (DESI) mung diwiwiti taun kepungkur lan samesthine bakal diluncurake ing 2020. Teleskop Survei Sinoptik Gedhe ing Chile, piloted dening National Science Foundation/Department of Energy, program riset lengkap nggunakake peralatan iki kudu diwiwiti ing 2022.
С другой стороны (4), sing ditakdirake dadi acara dekade sing bakal teka, pungkasane bakal dadi pahlawan ulang tahun kaping rongpuluh. Saliyane telusuran sing direncanakake, bakal menehi kontribusi kanggo sinau babagan energi peteng kanthi ngamati galaksi lan fenomena kasebut.
4. Visualisasi Teleskop James Webb
Apa sing arep kita takoni
Ing pangertèn umum, dasawarsa sabanjuré ing fisika ora bakal sukses yen sepuluh taun saka saiki kita takon pitakonan padha ora dijawab. Bakal luwih apik yen kita entuk jawaban sing dikarepake, nanging uga nalika ana pitakonan sing anyar, amarga kita ora bisa ngetung kahanan sing fisika bakal ujar, "Aku ora duwe pitakon maneh."
