Kukaan ei sekoita suuren hadronikopterin kanssa. Se on nykyajan ylin hiukkassärkijä, eikä mikään voi koskettaa sen energiamahdollisuuksia tai kykyä tutkia fysiikan rajoja. Mutta kaikki kunnia on ohimenevää, eikä mikään kestä ikuisesti. Loppujen lopuksi, jonkin verran vuonna 2035, valot tällä 17 mailin pituisella (27 km) voimarenkaalla sammuvat. Mitä tulee sen jälkeen?
Kilpailevat ryhmät ympäri maailmaa hurjuvat varmistaakseen taloudellisen tuen, jotta lemmikkisi törmäävät ideoistaan seuraava iso asia. Yksi malli kuvailtiin 13. elokuuta esipainetun lehden arXiv-lehdessä. Ehdotettu massiivinen, subatominen kisko-ase näyttää olevan eturintamassa pienikokoisena lineaarilukijana (tai CLIC, koska se on söpö). Mikä on Higgsin bosonin todellinen luonne? Mikä on sen suhde kvarkkiin? Voimmeko löytää fysiikan vinkkejä standardimallin ulkopuolelle? CLIC voi pystyä vastaamaan näihin kysymyksiin. Siihen sisältyy vain hiukkasten törmääjä, joka on pidempi kuin Manhattan.
Subatominen kilpajuoksu
Suuri hadronikoppija (LHC) purkaa yhdessä jonkin verran raskaita hiukkasia, jotka tunnetaan nimellä hadronit (tästä johtuen laitoksen nimi). Kehossasi on joukko hadroneja; protonit ja neutronit ovat kyseisen mikroskooppisen klaanin yleisimmät edustajat. LHC: llä pyöreä ja pyöreä hadronit kulkevat jättiläisympyrässä, kunnes ne lähestyvät valon nopeutta ja alkavat murskata. Vaikka vaikuttava - LHC saavuttaa energioita, joita ei voi verrata muihin maapallon laitteisiin - koko suhde on siisti sotkuinen. Loppujen lopuksi hadronit ovat konglomeraattihiukkasia, vain pussia muita, tiukempia ja perustavanlaatuisempia asioita, ja kun hadronit murskautuvat, kaikki niiden suolet vuotavat koko paikkaan, mikä tekee analysoinnista monimutkaista.
Sen sijaan CLIC on suunniteltu olemaan paljon yksinkertaisempi, puhtaampi ja kirurgisempi. Hedronien sijasta CLIC kiihdyttää elektronit ja positronit, kaksi kevyttä, perustavaa laatua olevaa hiukkasta. Ja tämä murskaaja kiihdyttää hiukkasia suorassa linjassa missä tahansa 7–31 mailia (11–50 km) loppusuunnitelmasta riippuen, suoraan tynnyriltä.
Kaikki tämä mahtava ei tapahdu kerralla. Nykyisen suunnitelman mukaan CLIC alkaa mennä pienemmällä kapasiteetilla vuonna 2035, heti kun LHC on kääntymässä. Ensimmäisen sukupolven CLIC toimii vain 380 gigaelektronvoltilla (GeV), joka on vähemmän kuin yksi kolmaskymmenesosa LHC: n maksimitehosta. Itse asiassa jopa CLIC: n koko toimintateho, joka on tällä hetkellä kohdennettu 3 teraelektronivoltiin (TeV), on vähemmän kuin kolmasosa siitä, mitä LHC voi tehdä nyt.
Joten jos edistyksellinen seuraavan sukupolven hiukkaskolarittaja ei pysty voittamaan sitä, mitä voimme tehdä tänään, mikä on järkeä?
Higgs-metsästäjä
CLIC: n vastaus on työskennellä älykkäämmin, ei kovemmin. Yksi LHC: n tärkeimmistä tieteellisistä tavoitteista oli löytää Higgsin bosoni, kauan etsitty hiukkanen, joka lainaa muille hiukkasille niiden massan. 1980-luvulla ja 1990-luvulla, kun LHC: ta suunnitteltiin, emme olleet varmoja siitä, että Higgs oli edes olemassa, eikä meillä ollut aavistustakaan, mitä sen massa ja muut ominaisuudet olivat. Joten meidän piti rakentaa yleiskäyttöinen instrumentti, joka voisi tutkia monen tyyppisiä vuorovaikutuksia, jotka kaikki voisivat paljastaa Higgin.
Ja me teimme. Hurraa!
Mutta nyt kun tiedämme, että Higgs on todellinen asia, voimme virittää törmäyslaitteemme paljon kapeampaan vuorovaikutusjoukkoon. Näin toimiessamme pyrimme valmistamaan mahdollisimman monta Higgs-bosonia, keräämään kasoista mehukasta tietoa ja oppimaan paljon enemmän tästä salaperäisestä, mutta perustavasta hiukkasesta.
Ja tässä tulee ehkä omituisin fysiikan ammattikieli, jonka todennäköisesti kohtaat tällä viikolla: Higgsstrahlung. Joo, luit oikein. Hiukkasfysiikassa on prosessi, joka tunnetaan nimellä bremsstrahlung, joka on ainutlaatuinen säteilytyyppi, jonka tuottaa joukko kuumia hiukkasia, jotka on pakattu pieneen laatikkoon. Analogisesti, kun iskät elektronin asemaan suurien energioiden asemassa, ne tuhoavat toisiaan energian ja uusien hiukkasten suihkussa, muun muassa Z-bosonin kanssa, parin kanssa Higgin. Siksi, Higgsstrahlung.
Paikalla 380 Gev, CLIC on Higgsstrahlung-tehtaan lisävalaisin.
Yläkvarkin takana
Uudessa lehdessä Varsovan yliopiston fyysikko ja CLIC-yhteistyön jäsen Aleksander Filip Zarnecki selitti laitoksen suunnittelun nykyistä tilaa perustuen detektorien hienostuneisiin simulaatioihin ja hiukkasten törmäyksiin.
CLIC: n kanssa toivotaan, että tuottamalla yksinkertaisesti mahdollisimman monta Higgs-bosonia puhtaassa, helposti tutkittavassa ympäristössä, voimme oppia lisää hiukkasista. Onko enemmän kuin yksi Higgs? Puhuvatko he keskenään? Kuinka voimakkaasti Higgs on vuorovaikutuksessa kaikkien muiden standardimallin hiukkasten kanssa, jotka ovat subatomisen fysiikan pääteoria?
Samaa filosofiaa sovelletaan ylimpään kvarkkiin, joka on kvarkkien vähiten ymmärretty ja harvinaisin. Et todennäköisesti ole kuullut paljon ylemmästä kvarkista, koska se on tavallaan yksinäistä - se oli viimeinen löydetty kvarkki, ja näemme sen vain harvoin. Jo alkuvaiheissa CLIC valmistaa noin miljoona huippukvarkaa, mikä tarjoaa ennenkuulumattoman tilastollisen tehon käytettäessä LHC: tä ja muita nykyajan törmäyksiä. Sieltä CLIC: n takana oleva joukkue toivoo tutkivan, miten kvarkin ylin hiukkas rappeutuu, mikä tapahtuu hyvin harvoin. Mutta miljoonalla heistä saatat ehkä pystyä oppimaan jotain.
Mutta se ei ole kaikki. Tietenkin, on yksi asia muokata Higgs ja ylin kvarkki, mutta CLIC: n älykäs suunnittelu antaa sen siirtyä standardimallin rajojen yli. Toistaiseksi LHC on tullut kuivaksi etsiessään uusia hiukkasia ja uutta fysiikkaa. Vaikka meillä on vielä paljon vuotta yllättää, ajan myötä toivo heikkenee.
Lukemattomien Higgs-bosonien ja kvarkkien tuottamattoman tuotannon kautta CLIC voi etsiä vinkkejä uudesta fysiikasta. Jos siellä on eksoottisia hiukkasia tai vuorovaikutusta, se voi hienovaraisesti vaikuttaa näiden kahden hiukkasen käyttäytymiseen, rappeutumiseen ja vuorovaikutukseen. CLIC voi jopa tuottaa hiukkasen, joka vastaa pimeästä aineesta, siitä salaperäisestä, näkymättömästä aineesta, joka muuttaa taivaan kulkua. Laitos ei tietenkään näe pimeää ainetta suoraan (koska se on pimeää), mutta fyysikot voivat havaita, milloin energia tai vauhti ovat kadonneet törmäystapahtumista, varma merkki siitä, että jotain funkyä on meneillään.
Kuka tietää mitä CLIC voi löytää? Mutta ei väliä mitä, meidän on mentävä LHC: n ulkopuolelle, jos haluamme kunnollisen mahdollisuuden ymmärtää maailmankaikkeuksemme tunnettuja hiukkasia ja paljastaa joitain uusia.
Paul M. Sutter on astrofysiikka Ohion osavaltion yliopisto, isäntä "Kysy avaruusasemalta" ja "Avaruusradio, "ja" kirjoittajaPaikkasi maailmankaikkeudessa."
