Phillip Hopkins
0 
5128
855
Nikt nie zadziera z Wielkim Zderzaczem Hadronów. Jest to najlepszy niszczyciel cząstek współczesnych czasów i nic nie jest w stanie poruszyć jego możliwości energetycznych ani zdolności do badania granic fizyki. Ale wszelka chwała jest przemijająca i nic nie trwa wiecznie. Ostatecznie, gdzieś około 2035 roku, światła tego 17-milowego (27-kilometrowego) pierścienia mocy zgasną. Co będzie potem?
Konkurencyjne grupy na całym świecie przepychają się, aby uzyskać wsparcie finansowe, aby ich pomysły na zderzacze zwierząt stały się kolejną wielką rzeczą. Jeden projekt został opisany 13 sierpnia w artykule w czasopiśmie preprint arXiv. Znany jako Kompaktowy Zderzacz Liniowy (lub CLIC, bo to urocze), proponowane masywne, subatomowe działo szynowe wydaje się być liderem. Jaka jest prawdziwa natura bozonu Higgsa? Jaki jest jego związek z górnym kwarkiem? Czy możemy znaleźć jakieś ślady fizyki poza modelem standardowym? CLIC może odpowiedzieć na te pytania. Dotyczy tylko zderzacza cząstek dłuższego niż Manhattan.
Związane z: Największe nierozwiązane tajemnice fizyki
Subatomowe wyścigi drag
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) rozbija ze sobą nieco ciężkie cząstki znane jako hadrony (stąd nazwa obiektu). Masz w swoim ciele kilka hadronów; protony i neutrony są najczęstszymi przedstawicielami tego mikroskopijnego klanu. W LHC, w kółko, hadrony krążą po gigantycznym kole, dopóki nie zbliżą się do prędkości światła i nie rozpoczną rozbijania. Choć imponujące - LHC osiąga energię nieporównywalną z żadnym innym urządzeniem na Ziemi - cała sprawa jest odrobinę chaotyczna. W końcu hadrony to zlepki, po prostu worki innych, drobniejszych, bardziej podstawowych rzeczy, a kiedy hadrony się rozbijają, wszystkie ich wnętrzności rozlewają się po całym miejscu, co komplikuje analizę.
Natomiast CLIC został zaprojektowany tak, aby był znacznie prostszy, czystszy i bardziej chirurgiczny. Zamiast hadronów, CLIC przyspieszy elektrony i pozytony, dwie lekkie, podstawowe cząstki. Ten zgniatacz przyspieszy cząsteczki w linii prostej, w dowolnym miejscu od 7 do 31 mil (11 do 50 km), w zależności od ostatecznego projektu, aż do lufy.
Cała ta wspaniałość nie wydarzy się od razu. Obecny plan zakłada, że CLIC zacznie działać z mniejszą wydajnością w 2035 r., Dokładnie wtedy, gdy LHC będzie się wyłączać. CLIC pierwszej generacji będzie działał przy zaledwie 380 gigaelektronowoltach (GeV), mniej niż jedna trzydziesta maksymalnej mocy LHC. W rzeczywistości nawet pełna moc operacyjna CLIC, obecnie ukierunkowana na 3 teraelektronowolty (TeV), to mniej niż jedna trzecia tego, co LHC może teraz zrobić.
Tak więc, jeśli zaawansowany zderzacz cząstek nowej generacji nie może pokonać tego, co możemy zrobić dzisiaj, po co?
Łowca Higgsa
Odpowiedzią CLIC jest mądrzejsza, a nie cięższa praca. Jednym z głównych celów naukowych LHC było znalezienie bozonu Higgsa, długo poszukiwanej cząstki, która nadaje masę innym cząstkom. W latach 80. i 90. XX wieku, kiedy projektowano LHC, nie byliśmy pewni, czy Higgs w ogóle istnieje, i nie mieliśmy pojęcia, jaka jest jego masa i inne właściwości. Musieliśmy więc zbudować instrument ogólnego przeznaczenia, który mógłby zbadać wiele typów interakcji, które potencjalnie mogłyby ujawnić.
I zrobiliśmy. Brawo!
Ale teraz, gdy wiemy, że Higgs to prawdziwa rzecz, możemy dostroić nasze zderzacze do znacznie węższego zestawu interakcji. Robiąc to, będziemy dążyć do wyprodukowania jak największej liczby bozonów Higgsa, zebrania mnóstwa soczystych danych i dowiedzenia się znacznie więcej o tej tajemniczej, ale fundamentalnej cząstce..
I tu pojawia się chyba najdziwniejszy żargon fizyki, z jakim prawdopodobnie spotkasz się w tym tygodniu: Higgsstrahlung. Tak, dobrze to przeczytałeś. W fizyce cząstek elementarnych istnieje proces znany jako bremsstrahlung, który jest unikalnym rodzajem promieniowania wytwarzanym przez grupę gorących cząstek wciśniętych w maleńkie pudełko. Analogicznie, kiedy uderzasz elektron w pozycję przy wysokich energiach, niszczą się one nawzajem w strumieniu energii i nowych cząstek, w tym bozonu Z sparowanego z Higgsem. Stąd Higgsstrahlung.
Przy 380 Gev, CLIC będzie nadzwyczajną fabryką Higgsstrahlung.
Związane z: 18 razy mechanika kwantowa rozwaliła nasze umysły
Poza górnym kwarkiem
W nowej pracy Aleksander Filip Zarnecki, fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego i członek zespołu CLIC, wyjaśnił aktualny stan projektu obiektu, w oparciu o zaawansowane symulacje detektorów i zderzeń cząstek..
Mamy nadzieję, że CLIC polega na tym, że po prostu produkując jak najwięcej bozonów Higgsa w czystym, łatwym do zbadania środowisku, możemy dowiedzieć się więcej o cząstce. Czy jest więcej niż jeden Higgs? Czy rozmawiają ze sobą? Jak silnie oddziałuje Higgs ze wszystkimi innymi cząstkami Modelu Standardowego, podstawy teorii fizyki subatomowej?
Ta sama filozofia zostanie zastosowana do kwarku górnego, najmniej dobrze poznanego i najrzadszego z kwarków. Prawdopodobnie nie słyszałeś zbyt wiele o kwarku szczytowym, ponieważ jest to swego rodzaju samotnik - był to ostatni odkryty kwark i rzadko go widujemy. Nawet na początkowych etapach CLIC wyprodukuje około 1 miliona górnych kwarków, zapewniając statystyczną moc niespotykaną podczas korzystania z LHC i innych współczesnych zderzaczy. Stamtąd zespół odpowiedzialny za CLIC ma nadzieję zbadać, w jaki sposób rozpada się cząstka górnego kwarku, co zdarza się bardzo rzadko. Ale mając ich milion, po prostu możesz się czegoś nauczyć.
Ale to nie wszystko. Jasne, ukształtowanie Higgsa i górnego kwarka to jedno, ale inteligentny projekt CLIC pozwala mu przekroczyć granice Modelu Standardowego. Jak dotąd LHC wysycha w poszukiwaniu nowych cząstek i nowej fizyki. Choć zostało jeszcze wiele lat, aby nas zaskoczyć, w miarę upływu czasu nadzieja maleje.
Dzięki surowej produkcji niezliczonych bozonów Higgsa i kwarków najwyższych, CLIC może szukać wskazówek dotyczących nowej fizyki. Jeśli istnieje jakaś egzotyczna cząstka lub interakcja, może to subtelnie wpłynąć na zachowania, rozpady i interakcje tych dwóch cząstek. CLIC może nawet wytworzyć cząstkę odpowiedzialną za ciemną materię, tę tajemniczą, niewidzialną materię, która zmienia bieg niebios. Obiekt nie będzie oczywiście w stanie bezpośrednio zobaczyć ciemnej materii (ponieważ jest ciemno), ale fizycy mogą zauważyć, kiedy brakuje energii lub pędu w zdarzeniach zderzeniowych, co jest pewnym znakiem, że dzieje się coś dziwnego.
Kto wie, co może odkryć CLIC? Ale bez względu na wszystko, musimy wyjść poza LHC, jeśli chcemy mieć przyzwoitą szansę na zrozumienie znanych cząstek naszego wszechświata i odkrycie kilku nowych.
Paul M. Sutter jest astrofizykiem w Uniwersytet Stanowy Ohio, gospodarzem "Zapytaj kosmonautę" i "Space Radio,„i autor”Twoje miejsce we Wszechświecie."
- 7 dziwnych faktów na temat kwarków
- Dziwne kwarki i miony, ojej! Najmniejsze cząsteczki natury
- Zdjęcia / s: Największy na świecie niszczyciel atomów (LHC)
Pierwotnie opublikowano w dniu .