Sa unsa nga paagi nga makalingkawas gikan sa impasse sa pisika?

Ang sunod nga henerasyon nga particle collider mogasto ug binilyon ka dolyares. Adunay mga plano sa paghimo sa ingon nga mga himan sa Europe ug China, apan gipangutana sa mga siyentipiko kung kini ba makatarunganon. Tingali kita kinahanglan nga mangita alang sa usa ka bag-ong paagi sa pag-eksperimento ug pagpanukiduki nga mosangpot sa usa ka kalampusan sa pisika? 

Ang Standard Model balik-balik nga gipamatud-an, lakip na sa Large Hadron Collider (LHC), apan wala kini makaabot sa tanang gipaabot sa pisika. Dili kini makapatin-aw sa mga misteryo sama sa paglungtad sa mangitngit nga butang ug mangitngit nga kusog, o kung nganong ang grabidad lahi kaayo sa ubang mga pundamental nga pwersa.

Sa siyensya nga tradisyonal nga nag-atubang sa ingon nga mga problema, adunay usa ka paagi aron makumpirma o mapanghimakak kini nga mga pangagpas. pagkolekta sa dugang nga datos - sa niini nga kaso gikan sa mas maayo nga mga teleskopyo ug mikroskopyo ug, tingali, gikan sa usa ka bug-os nga bag-o, mas dako pa super bumper nga maghimo ug kahigayonan nga madiskobrehan supersymmetric nga mga partikulo.

Sa 2012, ang Institute of High Energy Physics sa Chinese Academy of Sciences mipahibalo sa usa ka plano sa pagtukod sa usa ka higante nga super counter. Giplanohan Electron Positron Collider (CEPC) kini adunay sirkumperensiya nga mga 100 km, halos upat ka pilo sa LHC (1). Agig tubag, kaniadtong 2013, ang operator sa LHC, ie CERN, nagpahibalo sa plano niini alang sa usa ka bag-ong aparato sa pagbangga nga gitawag. Umaabot nga Circular Collider (FCC).

1. Pagtandi sa gidak-on sa giplanohang CEPC, FCC ug LHC accelerators.

Bisan pa, ang mga siyentista ug mga inhenyero naghunahuna kung kini nga mga proyekto takus sa dako nga pamuhunan. Si Chen-Ning Yang, usa ka mananaog sa Nobel Prize sa particle physics, nagsaway sa pagpangita sa mga bakas sa supersymmetry gamit ang bag-ong supersymmetry tulo ka tuig na ang milabay sa iyang blog, nga nagtawag niini nga usa ka "guessing game." Usa ka mahal kaayo nga pangagpas. Gipalanog siya sa daghang mga siyentipiko sa China, ug sa Europe, ang mga lamdag sa siyensya nagsulti sa parehas nga espiritu bahin sa proyekto sa FCC.

Si Sabine Hossenfelder, usa ka physicist sa Institute for Advanced Study sa Frankfurt, misulti kang Gizmodo. –

Ang mga kritiko sa mga proyekto aron makahimo og mas kusgan nga mga bangga namatikdan nga ang sitwasyon lahi sa dihang kini gitukod. Nasayran niadtong higayona nga nangita pa mi Bogs Higgs. Karon ang mga tumong dili kaayo gipasabut. Ug ang kahilom sa mga resulta sa mga eksperimento nga gihimo sa Large Hadron Collider nga gi-upgrade aron ma-accommodate ang nadiskobrehan sa Higgs - nga walay breakthrough findings sukad sa 2012 - medyo makahadlok.

Dugang pa, adunay usa ka ilado, apan tingali dili unibersal, kamatuoran nga ang tanan nga nahibal-an namon bahin sa mga resulta sa mga eksperimento sa LHC gikan sa pagtuki sa mga 0,003% lamang sa datos nga nakuha kaniadto. Wala na lang namo makaya. Dili isalikway nga ang mga tubag sa dagkong mga pangutana sa pisika nga nagsamok kanato anaa na sa 99,997% nga wala nato mahunahuna. Mao nga tingali kinahanglan nimo nga dili kaayo magtukod og lain nga dako ug mahal nga makina, apan aron makapangita usa ka paagi aron ma-analisar ang daghang kasayuran?

Angayan nga hunahunaon, labi na nga ang mga pisiko naglaum nga mopilit pa sa gawas sa awto. Ang usa ka duha ka tuig nga downtime (gitawag nga) nga nagsugod bag-o lang magpadayon nga dili aktibo ang collider hangtod sa 2021, nga gitugotan alang sa pagpadayon (2). Magsugod kini sa pag-operate sa parehas o medyo mas taas nga kusog, sa wala pa moagi sa usa ka dako nga pag-upgrade sa 2023, nga naka-iskedyul sa pagkompleto sa 2026.

Kini nga modernisasyon mogasto og usa ka bilyon dolyares (barato kon itandi sa giplano nga gasto sa FCC), ug ang tumong niini mao ang paghimo sa usa ka gitawag. Taas nga Luminosity-LHC. Sa 2030, mahimo’g madugangan niini ang napulo ka pilo sa gidaghanon sa mga bangga nga nahimo sa usa ka awto matag segundo.

2. Pag-ayo nga trabaho sa LHC

kini usa ka neutrino

Usa sa mga partikulo nga wala makit-an sa LHC, bisan kung kini gilauman, mao WIMP (-huyang nga nakig-interact sa dagkong mga partikulo). Kini mga hypothetical nga bug-at nga mga partikulo (gikan sa 10 GeV / s² hangtod sa daghang TeV / s², samtang ang proton mass gamay ra sa 1 GeV / s²) nga nakig-uban sa makita nga butang nga adunay puwersa nga ikatandi sa huyang nga interaksyon. Ilang ipatin-aw ang usa ka misteryosong masa nga gitawag ug dark matter, nga lima ka pilo nga mas komon sa uniberso kay sa ordinaryong butang.

Ang LHC wala makamatikod sa mga WIMP niining 0,003% sa eksperimento nga datos. Bisan pa, adunay mas barato nga mga pamaagi alang niini - pananglitan. XENON-NT nga eksperimento (3), usa ka dako nga vat sa liquid xenon sa ilawom sa ilawom sa yuta sa Italya ug sa proseso nga gipakaon sa network sa panukiduki. Sa laing dako nga vat sa xenon, LZ sa South Dakota, ang pagpangita magsugod sa 2020.

Ang laing eksperimento, nga naglangkob sa supersensitive ultracold semiconductor detectors, gitawag SuperKDMS SNOLAB, magsugod sa pag-upload sa datos sa Ontario sa sayong bahin sa 2020. Mao nga ang mga kahigayonan nga sa katapusan "pagpamusil" niining misteryosong mga partikulo sa 20s sa ika-XNUMX nga siglo nagkadako.

Ang mga wimp dili lamang ang itom nga butang nga mga kandidato nga gipangita sa mga siyentipiko. Hinunoa, ang mga eksperimento makahimo og alternatibong mga partikulo nga gitawag ug axions nga dili direktang maobserbahan sama sa mga neutrino.

Lagmit kaayo nga ang sunod nga dekada iya sa mga nadiskobrehan nga may kalabotan sa mga neutrino. Nalakip sila sa pinakaabunda nga mga partikulo sa uniberso. Sa samang higayon, usa sa labing lisud nga tun-an, tungod kay ang mga neutrino dili kaayo makig-uban sa ordinaryo nga butang.

Dugay na nga nahibal-an sa mga siyentista nga kini nga partikulo gilangkoban sa tulo ka bulag nga gitawag nga mga lami ug tulo nga managsama nga mga estado sa masa - apan kini dili hingpit nga katumbas sa mga lami, ug ang matag lami usa ka kombinasyon sa tulo nga mga estado sa masa tungod sa mekaniko sa quantum. Ang mga tigdukiduki naglaum nga mahibal-an ang eksaktong mga kantidad sa kini nga mga masa ug ang pagkasunud-sunod kung diin kini makita kung maghiusa sila aron mahimo ang matag lami. Mga eksperimento sama sa KATRIN sa Germany, kinahanglan nila nga kolektahon ang datos nga gikinahanglan aron mahibal-an kini nga mga kantidad sa umaabot nga mga tuig.

3. XENON-nT detector nga modelo

Ang mga neutrino adunay katingad-an nga mga kabtangan. Ang pagbiyahe sa kawanangan, pananglitan, sila daw nag-oscillate tali sa mga lami. Mga eksperto gikan sa Jiangmen Underground Neutrino Observatory sa China, nga gilauman nga magsugod sa pagkolekta sa datos sa mga neutrino nga gipagawas gikan sa duol nga nuclear power plants sa sunod tuig.

Adunay usa ka proyekto niini nga matang Super-Kamiokande, Ang mga obserbasyon sa Japan nagpadayon sa dugay nga panahon. Nagsugod ang US sa paghimo sa kaugalingon nga mga site sa pagsulay sa neutrino. LBNF sa Illinois ug usa ka eksperimento sa mga neutrino sa giladmon DUNE sa South Dakota.

Ang $1,5 bilyon nga multi-country funded LBNF/DUNE nga proyekto gilauman nga magsugod sa 2024 ug mahimong hingpit nga magamit sa 2027. Ang ubang mga eksperimento nga gidisenyo aron maablihan ang mga sekreto sa neutrino naglakip AVENUE, sa Oak Ridge National Laboratory sa Tennessee, ug mubo nga baseline neutrino nga programa, sa Fermilab, Illinois.

Sa baylo, sa proyekto Alamat-200, Naka-iskedyul nga ablihan sa 2021, usa ka panghitabo nga nailhan nga neutrinoless double beta decay ang pagatun-an. Gituohan nga ang duha ka mga neutron gikan sa nucleus sa usa ka atomo dungan nga madunot ngadto sa mga proton, nga ang matag usa mopagawas sa usa ka electron ug , moabut sa kontak sa laing neutrino ug malaglag.

Kung naglungtad ang ingon nga reaksyon, maghatag kini nga ebidensya nga ang mga neutrino ilang kaugalingon nga antimatter, nga dili direkta nga nagpamatuod sa lain nga teorya bahin sa una nga uniberso - nagpatin-aw kung ngano nga adunay daghang butang kaysa antimatter.

Gusto usab sa mga physicist nga tan-awon sa katapusan ang misteryosong ngitngit nga kusog nga motuhop sa kawanangan ug hinungdan nga molapad ang uniberso. Dark energy spectroscopy Ang himan (DESI) nagsugod ra sa pagtrabaho sa miaging tuig ug gilauman nga ilunsad sa 2020. Dako nga Synoptic Survey Telescope sa Chile, nga gi-pilot sa National Science Foundation/Department of Energy, usa ka hingpit nga programa sa panukiduki nga naggamit niini nga kagamitan kinahanglan magsugod sa 2022.

С другой стороны (4), nga gitakda nga mahimong panghitabo sa umaabot nga dekada, sa kadugayan mahimong bayani sa ika-XNUMX nga anibersaryo. Dugang sa giplano nga pagpangita, makatampo kini sa pagtuon sa ngitngit nga enerhiya pinaagi sa pag-obserbar sa mga galaksiya ug sa ilang mga katingalahan.

4. Visualization sa James Webb Telescope

Unsa may atong ipangutana

Sa sentido komon, ang sunod nga dekada sa pisika dili magmalampuson kung napulo ka tuig gikan karon mangutana kita sa samang wala matubag nga mga pangutana. Mas maayo kung makuha naton ang mga tubag nga gusto naton, apan kung adunay hingpit nga bag-ong mga pangutana nga motungha, tungod kay dili kita makasalig sa usa ka sitwasyon diin ang pisika moingon, "Wala na akoy mga pangutana," bisan kanus-a.