Nimeni nu se încurcă cu colizorul mare de Hadron. Este spartul de particule suprem al epocii actuale și nimic nu poate atinge capacitățile sale energetice sau capacitatea de a studia frontierele fizicii. Dar toată gloria este trecătoare și nimic nu durează pentru totdeauna. În cele din urmă, undeva în jurul anului 2035, luminile de la acest inel de 27 de kilometri lungime (27 de kilometri) se sting. Ce vine după asta?
Grupurile concurente din întreaga lume se jignesc pentru a asigura sprijin financiar pentru a face ideile lor de coliziune pentru animale de companie în următorul lucru. Un desen a fost descris pe 13 august într-o lucrare din jurnalul de preimprimare arXiv. Cunoscut sub numele de Compact Linear Collider (sau CLIC, pentru că este drăguț), pistolul cu șină masiv, propus, subatomic, pare să fie primul-pilot. Care este adevărata natură a bosonului Higgs? Care este relația sa cu quark-ul de top? Putem găsi indicii de fizică dincolo de modelul standard? CLIC poate să răspundă la aceste întrebări. Aceasta implică doar un colizor de particule mai lung decât Manhattan.
Curse subatomice de tracțiune
The Big Hadron Collider (LHC) sparge împreună particule oarecum grele cunoscute sub numele de hadroni (de unde și numele instalației). Ai o grămadă de hadroni în interiorul corpului tău; protonii și neutronii sunt reprezentanții cei mai frecventi ai acelui clan microscopic. La LHC, rotunjesc și rotunjesc hadronii într-un cerc uriaș, până când se apropie de viteza luminii și încep să se spargă. Deși impresionant - LHC ajunge la energii de neegalat de orice alt dispozitiv de pe Pământ - întreaga aventură este un pic dezordonată. La urma urmei, hadronii sunt particule de conglomerat, sunt doar pungi de alte lucruri mai mici și mai fundamentale, iar atunci când hadronii se sfărâmă, toate intestinele lor se vărsă peste tot, ceea ce face analiza complicată.
În schimb, CLIC este proiectat să fie mult mai simplu, mai curat și mai chirurgical. În loc de hadroni, CLIC va accelera electronii și pozitronii, două particule ușoare, fundamentale. Și acest ruptor va accelera particulele într-o linie dreaptă, oriunde de la 7 la 31 de mile (11 până la 50 km), în funcție de designul final, chiar în josul butoiului.
Toată această neplăcere nu se va întâmpla dintr-o dată. Planul actual este ca CLIC să meargă la o capacitate mai mică în 2035, chiar atunci când LHC se va încheia. CLIC de primă generație va funcționa la doar 380 gigaelectronvolți (GeV), mai puțin de o treizeci din puterea maximă a LHC. De fapt, chiar și puterea operațională totală a CLIC, în prezent orientată către 3 teraelectronvolți (TeV), este mai mică de o treime din ceea ce poate face LHC acum.
Deci, dacă un colector de particule avansat, de generație viitoare, nu poate bate ceea ce putem face astăzi, care este ideea?
Vânător Higgs
Răspunsul CLIC este să lucreze mai inteligent, nu mai greu. Unul dintre principalele obiective științifice ale LHC a fost găsirea bosonului Higgs, particula căutată de mult timp, care le oferă altor particule masa lor. În anii '80 și '90, când a fost proiectat LHC, nu eram siguri că Higgs a existat și nu aveam habar care este masa și alte proprietăți ale acesteia. Așadar, a trebuit să construim un instrument cu scop general care să poată investiga multe tipuri de interacțiuni care ar putea dezvălui toate un Higgs.
Și noi am făcut-o. Ura!
Dar acum că știm că Higgs-ul este un lucru real, ne putem regla colizorii la un set mult mai restrâns de interacțiuni. În acest sens, ne vom propune să fabricăm cât mai mulți bosoni Higgs, să colectăm grămadă de date suculente și să aflăm mult mai multe despre această particulă misterioasă, dar fundamentală.
Și iată că poate cel mai ciudat pic de jargon de fizică pe care e posibil să-l întâlnești în această săptămână: Higgsstrahlung. Da, ai citit așa. Există un proces în fizica particulelor cunoscut sub numele de bremsstrahlung, care este un tip unic de radiații produse de o grămadă de particule fierbinți înghesuite într-o cutie minusculă. Prin analogie, când trântiți un electron într-o poziție la energii mari, ei se distrug reciproc într-un duș de energie și particule noi, printre care un boson Z împerecheat cu un Higgs. De aici, Higgsstrahlung.
La 380 Gev, CLIC va fi o fabrică extraordinară Higgsstrahlung.
Dincolo de quark-ul de sus
În noua lucrare, Aleksander Filip Zarnecki, fizician la Universitatea din Varșovia din Polonia și membru al colaborării CLIC, a explicat starea actuală a proiectării instalației, bazată pe simulări sofisticate ale detectoarelor și coliziunilor de particule.
Speranța cu CLIC este că, prin simpla producere a cât mai multor bosoni Higgs într-un mediu curat, ușor de studiat, putem afla mai multe despre particule. Există mai multe Higgs? Vorbesc între ei? Cât de puternic interacționează Higgs cu toate celelalte particule ale Modelului Standard, teoria principală a fizicii subatomice?
Aceeași filozofie va fi aplicată quark-ului de sus, cel mai puțin înțeles și cel mai rar dintre quark. Probabil că nu ați auzit prea multe despre quark-ul de sus, deoarece este un fel de singur - a fost ultimul quark care a fost descoperit și nu îl vedem niciodată mai rar. Chiar și în fazele inițiale, CLIC va produce aproximativ 1 milion de quark-uri de top, oferind o putere statistică nevăzută la utilizarea LHC și a altor colizori din zilele noastre. De acolo, echipa din spatele CLIC speră să investigheze modul în care particulele de quark de top se descompun, ceea ce se întâmplă foarte rar. Dar cu un milion dintre ei, s-ar putea să fii capabil să înveți ceva.
Dar asta nu este tot. Sigur, este un lucru pentru a elimina quark-ul Higgs și top, dar designul inteligent al CLIC îi permite să treacă peste granițele modelului standard. Până acum, LHC s-a arătat uscat în căutările sale de particule noi și fizică nouă. Deși mai rămâne o mulțime de ani ca să ne surprindă, pe măsură ce vremurile continuă, speranța scade.
Prin producția sa brută de nenumărate bosoane Higgs și quark-uri de top, CLIC poate căuta indicii de fizică nouă. Dacă există o particulă sau o interacțiune exotică acolo, ar putea afecta în mod subtil comportamentele, degradările și interacțiunile acestor două particule. CLIC poate chiar produce particula responsabilă de materia întunecată, acea materie misterioasă, nevăzută, care modifică cursul cerurilor. Facilitatea nu va putea vedea direct materia întunecată, desigur (pentru că este întuneric), dar fizicienii pot observa când energia sau impulsul au dispărut din evenimentele de coliziune, un semn sigur că ceva funky se întâmplă.
Cine știe ce ar putea descoperi CLIC? Dar, indiferent de situație, trebuie să depășim LHC dacă dorim o șansă decentă de a înțelege particulele cunoscute ale universului nostru și de a descoperi unele noi.
Paul M. Sutter este astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio, gazda "Întrebați un Spaceman" și "Radio spațială, "și autorul"Locul tău în Univers."
