Ինչպե՞ս դուրս գալ ֆիզիկայի փակուղուց:

Հաջորդ սերնդի մասնիկների բախիչը կարժենա միլիարդավոր դոլարներ։ Նման սարքերի ստեղծման պլաններ կան Եվրոպայում և Չինաստանում, սակայն գիտնականները կասկածում են, թե արդյոք դա իմաստ ունի: Միգուցե փորձերի ու հետազոտության նոր եղանակ փնտրե՞նք, որը կհանգեցնի ֆիզիկայի բեկման։ 

Ստանդարտ մոդելը բազմիցս հաստատվել է, այդ թվում՝ Մեծ հադրոնային կոլայդերում (LHC), սակայն այն չի արդարացնում ֆիզիկայի բոլոր ակնկալիքները։ Այն չի կարող բացատրել այնպիսի առեղծվածներ, ինչպիսիք են մութ նյութի և մութ էներգիայի առկայությունը, կամ ինչու է գրավիտացիան այդքան տարբերվում այլ հիմնարար ուժերից:

Ավանդաբար նման խնդիրներով զբաղվող գիտության մեջ կա այդ վարկածները հաստատելու կամ հերքելու միջոց: լրացուցիչ տվյալների հավաքագրում - այս դեպքում ավելի լավ աստղադիտակներից և մանրադիտակներից, և գուցե բոլորովին նոր, նույնիսկ ավելի մեծից սուպեր բամպեր որը բացահայտելու հնարավորություն կստեղծի սուպերսիմետրիկ մասնիկներ.

2012 թվականին Չինաստանի Գիտությունների ակադեմիայի Բարձր էներգիայի ֆիզիկայի ինստիտուտը հայտարարեց հսկա սուպեր հաշվիչ կառուցելու ծրագրի մասին։ Պլանավորված Էլեկտրոնային պոզիտրոնային կոլայդեր (CEPC) այն կունենար մոտ 100 կմ շրջագիծ, որը գրեթե չորս անգամ գերազանցում է LHC-ին (1) Ի պատասխան՝ 2013 թվականին LHC-ի օպերատորը, այսինքն՝ CERN-ը, հայտարարեց բախման նոր սարքի իր ծրագրի մասին, որը կոչվում է. Future Circular Collider (FCC).

1. Պլանավորված CEPC, FCC և LHC արագացուցիչների չափերի համեմատություն:

Այնուամենայնիվ, գիտնականներին և ինժեներներին հետաքրքրում է, թե արդյոք այս նախագծերը արժենա՞ն հսկայական ներդրումներ: Մասնիկների ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակակիր Չեն-Նինգ Յանը երեք տարի առաջ իր բլոգում քննադատել է գերհամաչափության հետքերի որոնումը նոր գերհամաչափության միջոցով՝ անվանելով այն «գուշակության խաղ»: Շատ թանկ գուշակություն։ Նրան արձագանքեցին Չինաստանի բազմաթիվ գիտնականներ, իսկ Եվրոպայում գիտության լուսատուները նույն ոգով խոսեցին FCC նախագծի մասին:

Այս մասին Gizmodo-ին հայտնել է Ֆրանկֆուրտի առաջադեմ հետազոտությունների ինստիտուտի ֆիզիկոս Սաբինա Հոսենֆելդերը։ -

Ավելի հզոր կոլայդերներ ստեղծելու նախագծերի քննադատները նշում են, որ իրավիճակը տարբերվում է այն ժամանակից, երբ այն կառուցվել է: Այն ժամանակ հայտնի էր, որ մենք նույնիսկ փնտրում էինք Հիգսի բոզոնը. Այժմ նպատակներն ավելի քիչ են սահմանված։ Իսկ Հիգսի հայտնագործությունը հարմարեցնելու համար արդիականացված Մեծ հադրոնային կոլայդերի կողմից իրականացված փորձերի արդյունքների լռությունը, որը 2012 թվականից ի վեր բեկումնային բացահայտումներ չի ունեցել, ինչ-որ չափով չարագուշակ է:

Բացի այդ, կա մի հայտնի, բայց գուցե ոչ համընդհանուր փաստ, որ Այն ամենը, ինչ մենք գիտենք LHC-ում փորձերի արդյունքների մասին, բխում է այն ժամանակ ստացված տվյալների միայն մոտ 0,003%-ի վերլուծությունից: Մենք պարզապես չկարողացանք ավելին տանել: Չի կարելի բացառել, որ ֆիզիկայի մեծ հարցերի պատասխանները, որոնք հետապնդում են մեզ, արդեն 99,997%-ի մեջ են, որոնք մենք չենք դիտարկել: Այսպիսով, միգուցե ձեզ ոչ այնքան շատ բան է պետք մեկ այլ մեծ և թանկարժեք մեքենա կառուցելու համար, որքան շատ ավելի շատ տեղեկություններ վերլուծելու միջոց գտնելու համար:

Դա արժե հաշվի առնել, հատկապես, որ ֆիզիկոսները հույս ունեն ավելի շատ սեղմել մեքենայից: Վերջերս սկսված երկամյա պարապուրդը (այսպես կոչված) կպահի բախիչն անգործունյա մինչև 2021 թվականը, ինչը թույլ կտա սպասարկումը (2) Այնուհետև այն կսկսի գործել համանման կամ մի փոքր ավելի բարձր էներգիաներով, նախքան 2023 թվականին լուրջ արդիականացումը, որի ավարտը նախատեսված է 2026 թվականին:

Այս արդիականացումը կարժենա մեկ միլիարդ դոլար (էժան՝ համեմատած FCC-ի ծրագրված արժեքի հետ), և դրա նպատակն է ստեղծել այսպես կոչված. Բարձր լուսավորություն-LHC: Մինչև 2030 թվականը դա կարող է տասնապատկել մեկ վայրկյանում մեքենայի բախումների թիվը:

2. Վերանորոգման աշխատանքներ LHC-ի վրա

դա նեյտրինո էր

Այն մասնիկներից մեկը, որը չի հայտնաբերվել LHC-ում, թեև սպասվում էր, որ դա կլինի WIMP ընդլայնում (- թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկներ): Սրանք հիպոթետիկ ծանր մասնիկներ են (10 GeV/s²-ից մինչև մի քանի TeV/s², մինչդեռ պրոտոնի զանգվածը փոքր-ինչ պակաս է 1 GeV/s²-ից), որոնք փոխազդում են տեսանելի նյութի հետ թույլ փոխազդեցության հետ համեմատվող ուժով: Նրանք կբացատրեին մութ նյութ կոչվող առեղծվածային զանգվածը, որը հինգ անգամ ավելի տարածված է տիեզերքում, քան սովորական նյութը:

LHC-ում փորձնական տվյալների այս 0,003%-ում WIMP-ներ չեն հայտնաբերվել: Այնուամենայնիվ, դրա համար կան ավելի էժան մեթոդներ, օրինակ. XENON-NT փորձ (3), հեղուկ քսենոնի հսկայական անոթ Իտալիայում խորը գետնի տակ և հետազոտական ​​ցանցի մեջ սնվելու գործընթացում: Հարավային Դակոտայում գտնվող LZ-ում քսենոնի մեկ այլ հսկայական աղբանոցում որոնումները կսկսվեն արդեն 2020 թվականին:

Մեկ այլ փորձ, որը բաղկացած է գերզգայուն գերսառը կիսահաղորդչային դետեկտորներից, կոչվում է SuperKDMS SNOLAB, 2020 թվականի սկզբին կսկսի տվյալների վերբեռնումը Օնտարիո: Այսպիսով, 20-րդ դարի XNUMX-ական թվականներին այս խորհրդավոր մասնիկները վերջնականապես «կրակելու» հնարավորությունները մեծանում են:

Մութ մատերիայի միակ թեկնածուն չէ, որ գիտնականները հետապնդում են մութ մատերիաները: Փոխարենը, փորձերը կարող են առաջացնել այլընտրանքային մասնիկներ, որոնք կոչվում են աքսիոններ, որոնք չեն կարող ուղղակիորեն դիտարկվել նեյտրինոյի նման:

Շատ հավանական է, որ հաջորդ տասնամյակը պատկանի նեյտրինոների հետ կապված հայտնագործություններին։ Դրանք տիեզերքի ամենաառատ մասնիկներից են: Միևնույն ժամանակ, ուսումնասիրվող ամենադժվարներից մեկը, քանի որ նեյտրինոները շատ թույլ են փոխազդում սովորական նյութի հետ։

Գիտնականները վաղուց գիտեն, որ այս մասնիկը կազմված է երեք առանձին, այսպես կոչված, համային տեսականիից և երեք առանձին զանգվածային վիճակներից, բայց դրանք այնքան էլ չեն համընկնում համերի հետ, և յուրաքանչյուր համը երեք զանգվածային վիճակների համակցություն է քվանտային մեխանիկայի պատճառով: Հետազոտողները հույս ունեն պարզել այս զանգվածների ճշգրիտ նշանակությունը և դրանց առաջացման հաջորդականությունը, երբ դրանք համադրվեն յուրաքանչյուր բուրմունք ստեղծելու համար: Փորձեր, ինչպիսիք են ՔԵԹՐԻՆԱ Գերմանիայում նրանք պետք է հավաքեն այն տվյալները, որոնք անհրաժեշտ են առաջիկա տարիներին այդ արժեքները որոշելու համար:

3. XENON-nT դետեկտորի մոդել

Նեյտրինոնները տարօրինակ հատկություններ ունեն. Տիեզերքում ճանապարհորդելով, օրինակ, նրանք կարծես տատանվում են ճաշակների միջև: Փորձագետներ -ից Ցզյանմենի ստորգետնյա նեյտրինո աստղադիտարան Չինաստանում, որը ակնկալվում է, որ հաջորդ տարի կսկսի տվյալներ հավաքել մոտակա ատոմակայաններից արտանետվող նեյտրինոների վերաբերյալ։

Այս տեսակի նախագիծ կա Սուպեր Կամիոկանդե, Ճապոնիայում դիտարկումները վաղուց են ընթանում։ ԱՄՆ-ն սկսել է կառուցել նեյտրինոյի սեփական փորձարկման կայաններ։ LBNF Իլինոյսում և խորության վրա նեյտրինոների փորձարկում ԴՈՒՆԵ Հարավային Դակոտայում։

Ակնկալվում է, որ 1,5 միլիարդ դոլար արժողությամբ բազմաթիվ երկրների կողմից ֆինանսավորվող LBNF/DUNE նախագիծը կսկսվի 2024 թվականին և ամբողջությամբ կգործարկվի մինչև 2027 թվականը: Նեյտրինոյի գաղտնիքները բացելու համար նախատեսված այլ փորձեր ներառում են ՊՈՂՈՏԱ, Թենեսիի Oak Ridge ազգային լաբորատորիայում և կարճ բազային նեյտրինո ծրագիր, Իլինոյս նահանգի Ֆերմիլաբ քաղաքում:

Իր հերթին նախագծում Լեգենդ-200, Նախատեսված է բացել 2021 թվականին, կուսումնասիրվի մի երևույթ, որը հայտնի է որպես առանց նեյտրինոների կրկնակի բետա քայքայում: Ենթադրվում է, որ ատոմի միջուկից երկու նեյտրոնները միաժամանակ քայքայվում են պրոտոնների, որոնցից յուրաքանչյուրը արտանետում է էլեկտրոն և , շփվում է մեկ այլ նեյտրինոյի հետ և ոչնչացնում:

Եթե ​​նման ռեակցիա գոյություն ունենար, ապա դա ապացույց կներկայացներ, որ նեյտրինոններն իրենց իսկ հակամատերությունն են՝ անուղղակիորեն հաստատելով մեկ այլ տեսություն վաղ տիեզերքի մասին՝ բացատրելով, թե ինչու կա ավելի շատ նյութ, քան հակամատերիա:

Ֆիզիկոսները նաև ցանկանում են վերջապես ուսումնասիրել առեղծվածային մութ էներգիան, որը թափանցում է տիեզերք և տանում է դեպի տիեզերքի ընդլայնում: Մութ էներգիայի սպեկտրոսկոպիա Գործիքը (DESI) սկսել է աշխատել միայն անցյալ տարի և նախատեսվում է գործարկել 2020 թվականին: Խոշոր սինոպտիկ հետազոտական ​​աստղադիտակ Չիլիում, Ազգային գիտական ​​հիմնադրամի/Էներգետիկայի դեպարտամենտի կողմից փորձնական իրականացվող այս սարքավորումների օգտագործմամբ լիարժեք հետազոտական ​​ծրագիրը պետք է սկսվի 2022 թվականին:

С другой стороны (4), որը վիճակված էր դառնալ անցնող տասնամյակի իրադարձությունը, ի վերջո կդառնա քսանամյակի հերոսը։ Բացի պլանավորված որոնումներից, այն կնպաստի մութ էներգիայի ուսումնասիրությանը` դիտարկելով գալակտիկաները և դրանց երևույթները։

4. Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակի պատկերացում

Ի՞նչ ենք հարցնելու

Առողջ իմաստով, հաջորդ տասնամյակը ֆիզիկայում հաջող չի լինի, եթե տասը տարի անց մենք նույն անպատասխան հարցերն ենք տալիս: Շատ ավելի լավ կլինի, երբ ստանանք մեր ուզած պատասխանները, բայց նաև երբ բոլորովին նոր հարցեր առաջանան, քանի որ մենք երբեք չենք կարող հույս դնել մի իրավիճակի վրա, երբ ֆիզիկան կասի՝ «Ես այլևս հարցեր չունեմ»: