Jinsi ya kutoka nje ya msuguano katika fizikia?

Mgongano wa chembe za kizazi kijacho utagharimu mabilioni ya dola. Kuna mipango ya kuunda vifaa kama hivyo huko Uropa na Uchina, lakini wanasayansi wanahoji ikiwa hii ina mantiki. Labda tunapaswa kutafuta njia mpya ya majaribio na utafiti ambayo itasababisha mafanikio katika fizikia? 

Mfano wa Kawaida umethibitishwa mara kwa mara, ikiwa ni pamoja na katika Large Hadron Collider (LHC), lakini haifikii matarajio yote ya fizikia. Haiwezi kueleza mafumbo kama vile kuwepo kwa maada ya giza na nishati ya giza, au kwa nini mvuto ni tofauti sana na nguvu nyingine za msingi.

Katika sayansi ya jadi inayoshughulikia shida kama hizo, kuna njia ya kudhibitisha au kukanusha nadharia hizi. ukusanyaji wa data za ziada - katika kesi hii, kutoka kwa darubini bora na darubini, na labda kutoka kwa mpya kabisa, hata kubwa zaidi super bumper ambayo itaunda nafasi ya kugunduliwa chembe za ulinganifu.

Mnamo mwaka wa 2012, Taasisi ya Fizikia ya Nishati ya Juu ya Chuo cha Sayansi cha China ilitangaza mpango wa kujenga kaunta kubwa kubwa. Imepangwa Electron Positron Collider (CEPC) ingekuwa na mzunguko wa takriban kilomita 100, karibu mara nne ya LHC (1) Kujibu, mnamo 2013, mwendeshaji wa LHC, yaani, CERN, alitangaza mpango wake wa kifaa kipya cha mgongano kinachoitwa. Mgongano wa Mviringo wa Baadaye (FCC).

1. Ulinganisho wa ukubwa wa vichapuzi vilivyopangwa vya CEPC, FCC na LHC.

Walakini, wanasayansi na wahandisi wanashangaa ikiwa miradi hii itastahili uwekezaji mkubwa. Chen-Ning Yang, mshindi wa Tuzo ya Nobel katika fizikia ya chembe, alikosoa utafutaji wa athari za ulinganifu wa hali ya juu kwa kutumia ulinganifu mpya miaka mitatu iliyopita kwenye blogu yake, na kuuita "mchezo wa kubahatisha." Utabiri wa gharama kubwa sana. Iliungwa mkono na wanasayansi wengi nchini Uchina, na huko Uropa, wataalam wa sayansi walizungumza kwa roho ile ile kuhusu mradi wa FCC.

Hii iliripotiwa kwa Gizmodo na Sabine Hossenfelder, mwanafizikia katika Taasisi ya Mafunzo ya Juu huko Frankfurt. -

Wakosoaji wa miradi ya kuunda migongano yenye nguvu zaidi wanaona kuwa hali ni tofauti na wakati ilijengwa. Ilijulikana wakati huo kwamba hata tulikuwa tunatafuta Bogs Higgs. Sasa malengo hayajafafanuliwa kidogo. Na ukimya katika matokeo ya majaribio yaliyofanywa na Large Hadron Collider iliyoboreshwa ili kushughulikia ugunduzi wa Higgs - bila matokeo ya mafanikio tangu 2012 - ni ya kutisha.

Kwa kuongeza, kuna ukweli unaojulikana, lakini labda sio wote kila kitu tunachojua kuhusu matokeo ya majaribio katika LHC kinatokana na uchambuzi wa takriban 0,003% tu ya data iliyopatikana wakati huo. Hatukuweza kushughulikia zaidi. Haiwezi kutengwa kuwa majibu ya maswali makubwa ya fizikia ambayo yanatusumbua tayari yako katika 99,997% ambayo hatujazingatia. Kwa hivyo labda hauitaji sana kujenga mashine nyingine kubwa na ya gharama kubwa, lakini kutafuta njia ya kuchambua habari zaidi?

Inafaa kuzingatia, haswa kwani wanafizikia wanatarajia kufinya hata zaidi kutoka kwa mashine. Muda wa mapumziko wa miaka miwili (kinachojulikana) ambao ulianza hivi majuzi utafanya mgongano usiwe na kazi hadi 2021, ikiruhusu matengenezo (2) Kisha itaanza kufanya kazi kwa nguvu zinazofanana au za juu zaidi, kabla ya kufanyiwa uboreshaji mkubwa mnamo 2023, na kukamilika kwa 2026.

Uboreshaji huu utagharimu dola bilioni moja (nafuu ikilinganishwa na gharama iliyopangwa ya FCC), na lengo lake ni kuunda kinachojulikana. Mwangaza wa Juu-LHC. Kufikia 2030, hii inaweza kuongeza mara kumi idadi ya migongano ambayo gari hutoa kwa sekunde.

2. Kazi ya ukarabati wa LHC

ilikuwa neutrino

Moja ya chembe ambazo hazikugunduliwa katika LHC, ingawa ilitarajiwa kuwa, ni WIMP (-chembe kubwa zinazoingiliana kwa udhaifu). Hizi ni chembe nzito za dhahania (kutoka 10 GeV/s² hadi TeV/s² kadhaa, ilhali misa ya protoni ni chini kidogo ya 1 GeV/s²) ikishirikiana na jambo linaloonekana kwa nguvu inayolingana na mwingiliano dhaifu. Wangeeleza misa ya ajabu inayoitwa mada ya giza, ambayo ni ya kawaida zaidi katika ulimwengu mara tano kuliko maada ya kawaida.

Katika LHC, hakuna WIMPs zilizopatikana katika hizi 0,003% ya data ya majaribio. Hata hivyo, kuna njia za bei nafuu kwa hili - kwa mfano. Jaribio la XENON-NT (3), chupa kubwa ya kioevu ya xenon chini ya ardhi nchini Italia na katika mchakato wa kulishwa kwenye mtandao wa utafiti. Katika duka lingine kubwa la xenon, LZ huko Dakota Kusini, utaftaji utaanza mapema kama 2020.

Jaribio lingine, linalojumuisha vigunduzi vya juu vya semiconductor ya ultracold, inaitwa SuperKDMS SNOLAB, itaanza kupakia data kwa Ontario mapema 2020. Kwa hivyo nafasi za hatimaye "kupiga" chembe hizi za ajabu katika miaka ya 20 ya karne ya XNUMX zinaongezeka.

Wimps sio jambo la giza pekee ambalo wanasayansi wanafuata. Badala yake, majaribio yanaweza kutoa chembe mbadala zinazoitwa axion ambazo haziwezi kuzingatiwa moja kwa moja kama neutrinos.

Kuna uwezekano mkubwa kwamba muongo ujao utakuwa wa uvumbuzi kuhusiana na neutrinos. Wao ni kati ya chembe nyingi zaidi katika ulimwengu. Wakati huo huo, moja ya ngumu zaidi kusoma, kwa sababu neutrinos huingiliana dhaifu sana na suala la kawaida.

Wanasayansi wamejua kwa muda mrefu kuwa chembe hii inaundwa na aina tatu tofauti zinazoitwa ladha na hali tatu tofauti za wingi - lakini hazilingani kabisa na ladha, na kila ladha ni mchanganyiko wa hali tatu za wingi kutokana na mechanics ya quantum. Watafiti wanatumai kupata maana kamili ya misa hizi na mpangilio ambao zinaonekana wakati zimeunganishwa kuunda kila harufu. Majaribio kama vile KATHERINE nchini Ujerumani, lazima wakusanye data muhimu ili kubainisha maadili haya katika miaka ijayo.

3. Mfano wa detector ya XENON-nT

Neutrinos zina mali ya ajabu. Kusafiri angani, kwa mfano, wanaonekana kuzunguka kati ya ladha. Wataalam kutoka Jiangmen Underground Neutrino Observatory nchini Uchina, ambayo inatarajiwa kuanza kukusanya data kuhusu neutrinos zinazotolewa kutoka kwa vinu vya nyuklia vilivyo karibu mwaka ujao.

Kuna mradi wa aina hii Super-Kamiokande, uchunguzi nchini Japan umekuwa ukiendelea kwa muda mrefu. Marekani imeanza kujenga maeneo yake ya majaribio ya neutrino. LBNF huko Illinois na majaribio ya neutrino kwa kina DUNE huko Dakota Kusini.

Mradi wa LBNF/DUNE unaofadhiliwa na nchi mbalimbali wenye thamani ya dola bilioni 1,5 unatarajiwa kuanza mwaka wa 2024 na kuanza kufanya kazi kikamilifu kufikia 2027. Majaribio mengine yaliyoundwa ili kufungua siri za neutrino ni pamoja na AVENUE, katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge huko Tennessee, na mpango mfupi wa msingi wa neutrino, yupo Fermilab, Illinois.

Kwa upande wake, katika mradi huo Hadithi-200, Imeratibiwa kufunguliwa mwaka wa 2021, jambo linalojulikana kama neutrinoless double beta decay litachunguzwa. Inachukuliwa kuwa neutroni mbili kutoka kwa kiini cha atomi wakati huo huo huoza na kuwa protoni, ambayo kila moja hutoa elektroni na. , hugusana na neutrino nyingine na kuangamiza.

Iwapo mwitikio kama huo ungekuwepo, ingetoa ushahidi kwamba neutrino ni antimatter yao wenyewe, ikithibitisha kwa njia isiyo ya moja kwa moja nadharia nyingine kuhusu ulimwengu wa awali - ikieleza kwa nini kuna maada zaidi kuliko antimatter.

Wanafizikia pia wanataka hatimaye kuangalia ndani ya nishati ya ajabu ya giza inayoingia angani na kusababisha ulimwengu kupanuka. Utazamaji wa nishati ya giza Chombo hicho (DESI) kilianza kufanya kazi mwaka jana tu na kinatarajiwa kuzinduliwa mnamo 2020. Darubini Kubwa ya Uchunguzi wa Synoptic nchini Chile, iliyojaribiwa na Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi/Idara ya Nishati, mpango kamili wa utafiti unaotumia kifaa hiki unapaswa kuanza mnamo 2022.

Upande mwingine (4), ambayo ilikusudiwa kuwa tukio la muongo unaotoka, hatimaye itakuwa shujaa wa kumbukumbu ya miaka ishirini. Mbali na utafutaji uliopangwa, itachangia katika utafiti wa nishati ya giza kwa kuchunguza galaksi na matukio yao.

4. Taswira ya Darubini ya James Webb

Tutauliza nini

Katika akili ya kawaida, muongo ujao katika fizikia hautafanikiwa ikiwa miaka kumi kutoka sasa tunauliza maswali yale yale ambayo hayajajibiwa. Itakuwa bora zaidi tunapopata majibu tunayotaka, lakini pia wakati maswali mapya kabisa yanatokea, kwa sababu hatuwezi kutegemea hali ambayo fizikia itasema, "Sina maswali zaidi," milele.