Träume Physiker: welche Collider wären steiler large Hadron?

Wenn der Teilchenphysik erreichen seines neuen Beschleuniger in der Lage, eines Tages gründlich zu erforschen die neugierigen субатомную Teilchen in der Physik — Higgs-Boson. Sechs Jahre nach der Entdeckung dieser Teilchen am large Hadron Collider, der Physik planen neue riesige Maschinen, die für Dutzende von Kilometern dehnen in Europa, Japan oder China.

Neue Collider: was Sie

Die Entdeckung dieser subatomaren Teilchen, das den Ursprung der Masse offenbart, führte zum Abschluss des Standard-Modells — einer umfassenden Theorie der Physik der Elementarteilchen. Und wurde auch einen Meilenstein für den TANK, derzeit der weltweit größte Beschleuniger — denn gerade für die Suche nach Higgs-Boson, und zwar nicht nur, seine Bauten.

Jetzt Physik wollen tiefer in die Geheimnisse des Higgs-Boson in der Hoffnung, dass er wird der Schlüssel zur Lösung der langwierigen Aufgaben der Teilchenphysik. «Higgs — Besondere Partikel», sagt der Physiker Ифанг Van, Direktor des Instituts für Hochenergiephysik in Peking. «Wir glauben, dass Hicks ist ein Fenster in die Zukunft».

Large Hadron Collider, er ist ein BEHÄLTER, bestehend aus einem Ring Länge von 27 Kilometern, innerhalb dessen die Protonen beschleunigt fast bis auf Lichtgeschwindigkeit und begegnen Milliarden mal pro Sekunde, erreichte fast die Grenze seiner Möglichkeiten. Es bewunderswert mit der Entdeckung des Higgs-Boson-aber nicht geeignet für seine detaillierten Studien.

Deshalb Teilchenphysik erfordern einen neuen Collider Teilchen, speziell entwickelt für Start-Insel Higgs-Bosons. Vorgeschlagen wurde, mehrere Projekte für diese neuen leistungsstarken Maschinen, und die Wissenschaftler hoffen, dass diese Fabrik Higgs helfen könnten, eine Lösung des gravierenden Schwachstellen des Standardmodells.

« ist keine vollständige Theorie des Universums», sagt Experimentalphysiker Teilchen Galina Abramowitsch von der Universität Tel Aviv. Zum Beispiel, diese Theorie erklärt nicht die dunkle Materie, unbekannte Substanz, deren Masse ist notwendig für die Berücksichtigung der kosmischen Beobachtungen, wie die Bewegung der Sterne in Galaxien. Sie hat auch nicht erklärt, warum das Universum besteht aus Materie, während Antimaterie ist extrem selten.

Die Befürworter der neuen Collider behaupten, dass eine sorgfältige Untersuchung der Higgs-Boson kann einen Wissenschaftler auf dem Weg zur Lösung dieser Rätsel. Aber unter den Wissenschaftlern der Wunsch nach neuen teuren Beschleuniger einer wird nicht von allen. Es ist unklar, was genau könnte eine solche Maschine.

Nächstes

Der Erste in der Warteschlange steht der International Linear Collider im Norden Japans. Im Gegensatz zu dem TANK, auf dem die Teilchen bewegen sich um den Ring, МЛК beschleunigt zwei Strahlen aus Teilchen in gerader Linie direkt übereinander, im ganzen seiner 20-Kilometer-Länge. Und anstatt zu schieben Protonen zusammen, er schiebt die Elektronen und Ihre Partner антивеществу, Positronen.

Doch im Dezember 2018 interdisziplinären Ausschuss des Wissenschaftlichen Beirats Japan Sprach sich gegen dieses Projekt, mit der Aufforderung an die Regierung vorsichtig sein mit seiner Unterstützung und fragte mich, ob die erwarteten rechtfertigen die wissenschaftlichen Errungenschaften Kosten Collider, der derzeit schätzungsweise 5 Milliarden Dollar.

Die Befürworter behaupten, dass der Plan МЛК durch die Kollision von Elektronen und Positronen und Protonen nicht, hat eine Reihe von großen Vorteilen. Elektronen und Positronen — Elementarteilchen, d.h. Sie haben keine kleineren Komponenten und Protonen bestehen aus kleineren Teilchen — den Quarks. Dies bedeutet, dass die Zusammenstöße von Protonen werden mehr als unordentlich und schaffen mehr nutzlosen Müll Teilchen, die es zu sichten.

Außerdem bei Kollisionen von Protonen nur ein Teil der Energie der einzelnen Protons in der Tat fällt in eine Kollision, während in Elektron-positronic коллайдерах Partikel tragen bei einem Zusammenstoß volle Energie. Dies bedeutet, dass die Wissenschaftler können die Energie der Zusammenstöße, um so eine maximale Zahl der produzierten Higgs-Bosons. In der gleichen Zeit, МЛК erfordert nur 250 Milliarden elektronenvolt für die Produktion des Higgs-Bosons verglichen mit 13 Billionen elektronenvolt auf dem TANK.

Ein МЛК «die Qualität der erhaltenen Daten wird viel höher», sagt der Physiker Elementarteilchen Lyn Evans aus dem Genfer CERN. Ein aus jeden 100 Kollisionen auf МЛК Higgs-Boson zu produzieren, während dies geschieht auf dem TANK mal in 10 Milliarden Kollisionen.

Es wird Erwartet, dass die japanische Regierung entscheidet über die коллайдеру im März. Evans sagt, dass, wenn МЛК genehmigt wird, und die Erstellung dauert etwa 12 Jahre. Später Beschleuniger wird es möglich sein, auch zu modernisieren, um Energie zu erhöhen, die er erreichen kann.

Bei CERN gibt es Pläne für eine ähnliche Maschine — Kompakte Linear Collider (CLIC). Es wird auch gegeneinander aus Elektronen und Positronen, aber bei höheren Energien als МЛК. Seine Energie wird mit 380 Milliarden elektronenvolt erhöhen und bis zu 3 Billionen elektronenvolt in einer Reihe von Updates. Zum erreichen dieser höheren Energien, müssen Sie entwickeln eine neue Technologie für die Beschleunigung von Teilchen und damit CLIC wird explizit nicht früher МЛК, sagt Evans, Leiter der Zusammenarbeit von Forschern beider Projekte.

Lauf im Kreis

Die Beiden anderen geplanten Collider, in China und Europa, werden rund wie ein TOPF, aber noch viel mehr: jeder Kreis von 100 Kilometern. Es ist ein ziemlich großer Kreis, um zweimal umgürten das Land Liechtenstein. Es ist fast die Länge der Ringstraße.

Kreisförmige elektronische-positronic Collider, dessen Bau Platz in China noch nicht definiert, wird stoßen die Elektronen und Positronen auf 240 Milliardenelektronenvolt, entsprechend der konzeptuellen Plan, offiziell vorgestellt im November und geschützten Van und des Instituts für Hochenergiephysik. Dieser Beschleuniger kann später aktualisiert, um сталкивания Protonen bei hohen Energien. Wissenschaftler sagen, dass Sie beginnen könnte der Bau dieser Maschine im Wert von 5-6 Milliarden US-Dollar bis zum Jahr 2022 und füllen Sie es bis zum Jahr 2030.

Und am CERN vorgeschlagene Zukünftige Circular Collider, BPC, wird sich auch in der Arbeit in Etappen, mit denen die Elektronen mit позитронами und später Protonen. Das ultimative Ziel zu erreichen Protonen-Kollisionen auf 100 Trillionen elektronenvolt, dass mehr als sieben mal größer als die Energie der TANK.

Inzwischen haben Wissenschaftler geschlossen BEHÄLTER auf zwei Jahre, Modernisierung der Maschine für die Arbeit auf der höheren Energie. Im Jahr 2026 verdienen BEHÄLTER mit hoher Leuchtkraft, das erhöht die Frequenz von Kollisionen der Protonen mindestens fünf mal.

Porträt Higgs-Boson

Wenn der TANK gebaut wurde, die Wissenschaftler wurden sich ziemlich sicher, dass finden mit seiner Hilfe das Higgs-Boson. Aber mit den neuen Maschinen ist es unklar, welche neuen Teilchen zu suchen. Sie werden nur zu katalogisieren, wie stark Higgs Wechselwirkung mit anderen bekannten Teilchen.

Dimensionen der Wechselwirkungen Higgs-Boson bestätigen die Erwartungen des Standardmodells. Aber wenn die Beobachtungen werden von den Erwartungen abweichen, die Divergenz indirekt auf das Vorhandensein von etwas neuem, wie die Teilchen bilden dunkle Materie.

Einige Wissenschaftler hoffen, dass geschieht etwas unerwartetes. Weil selbst das Higgs-Boson — Rätsel: diese Partikel in eine Flüssigkeit kondensiert, ähnlich wie Melasse. Warum? Wir haben keine Ahnung, sagt der Physiker Michael Teilchen Пескин von der Stanford University. Diese Flüssigkeit durchdringt das Universum, verlangsamt sich die Teilchen und geben Ihnen Gewicht.

Ein weiteres Rätsel besteht darin, dass die Higgs-Masse von einer Million Milliarden weniger als erwartet. Diese Fremdheit kann sagen, dass es auch andere Partikel. Zuvor hatten Wissenschaftler dachten, Sie könnten Antworten auf die Probleme mit Hilfe der Theorie der Higgs-Boson Supersymmetrie — Konsonant die bei jedem Teilchen einen schwereren Partner. Aber das ist nicht geschehen, weil der TANK nicht fand keine Spuren nach supersymmetrischen Teilchen.

Zukünftige Beschleuniger können noch einen Weg finden die Zeugnisse der Supersymmetrie oder anderweitig andeuten neue Teilchen, aber dieses mal Wissenschaftler geben nicht den Versprechungen. Jetzt sind Sie mehr damit beschäftigt, die Entwicklung von Prioritäten und bringen die Argumente für neue Collider und anderen Experimenten der Teilchenphysik. Eines ist sicher: Booster angeboten werden, erkunden Sie unbekannte Gebiete mit unvorhersehbaren Ergebnissen.

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