Kif toħroġ minn tmiem mejta fil-fiżika?

Il-collider tal-partiċelli tal-ġenerazzjoni li jmiss se jiswa biljuni ta 'dollari. Hemm pjanijiet biex jinbnew apparati bħal dawn fl-Ewropa u fiċ-Ċina, iżda x-xjenzati jiddubitaw jekk dan jagħmilx sens. Forsi aħjar infittxu mod ġdid ta’ esperimentazzjoni u riċerka li twassal għal avvanz fil-fiżika? 

Il-Mudell Standard ġie kkonfermat ħafna drabi, inkluż fil-Large Hadron Collider (LHC), iżda ma jilħaqx l-aspettattivi kollha tal-fiżika. Ma tistax tispjega misteri bħall-eżistenza ta 'materja skura u enerġija skura jew għaliex il-gravità hija daqshekk differenti minn forzi fundamentali oħra.

Fix-xjenza, li tradizzjonalment tittratta problemi bħal dawn, hemm mod kif tikkonferma jew tiċħad dawn l-ipoteżijiet. ġbir ta' data addizzjonali - f'dan il-każ minn teleskopji u mikroskopji aħjar u, forsi, minn kompletament ġdid, saħansitra akbar super bamper li se toħloq ċans li tiġi skoperta partiċelli supersimmetriċi.

Fl-2012, l-Istitut tal-Fiżika tal-Enerġija Għolja tal-Akkademja tax-Xjenzi Ċiniża ħabbar pjan biex jinbena supercounter ġgant. Ippjanat Elettron Positron Collider (CEPC) ikollu ċirkonferenza ta' madwar 100 km, kważi erba' darbiet akbar mill-LHC (1). Bi tweġiba, fl-2013, l-operatur tal-LHC, jiġifieri s-CERN, ħabbar il-pjan tiegħu li joħloq apparat ġdid ta’ kolliżjoni msejjaħ Collider Ċirkolari Futur (FCC).

1. Tqabbil tad-daqsijiet tal-aċċeleraturi ppjanati CEPC, FCC u LHC.

Madankollu, ix-xjenzati u l-inġiniera jistaqsu jekk dawn il-proġetti humiex se jiswew l-investiment kbir. Chen-Ning Yang, rebbieħ tal-Premju Nobel fil-fiżika tal-partikuli, ikkritika t-tfittxija għal traċċi ta’ supersimetrija bl-użu ta’ supersimetrija ġdida f’post fuq blog tliet snin ilu, u sejħilha “logħba tal-guessing.” A raden għaljin ħafna. Huwa kien imtenni minn ħafna xjentisti fiċ-Ċina, u fl-Ewropa, luminari xjentifiċi tkellmu fl-istess spirtu dwar il-proġett FCC.

Sabine Hossenfelder, fiżika fl-Istitut għall-Istudju Avvanzat fi Frankfurt, qalet lil Gizmodo. –

Il-kritiċi tal-proġetti biex jinbnew colliders aktar qawwija jinnotaw li s-sitwazzjoni hija differenti minn meta nbniet. Dak iż-żmien kien magħruf li konna saħansitra qed infittxu Il-boson ta' Higgs. Issa l-għanijiet huma inqas definiti. U s-silenzju fir-riżultati tal-esperimenti mwettqa mill-Kbir Hadron Collider, imtejba għall-iskoperta ta 'Higgs - meta ma dehret l-ebda skoperta innovattiva waħda mill-2012 - huwa kemmxejn ominous.

Barra minn hekk, hemm fatt magħruf, iżda forsi mhux kulħadd dak kollu li nafu dwar ir-riżultati tal-esperimenti LHC ġej mill-analiżi ta 'madwar 0,003% biss tad-dejta miksuba dak iż-żmien. Aħna sempliċiment ma stajniex niffaċċjaw aktar. Ma jistax jiġi eskluż li t-tweġibiet għall-mistoqsijiet il-kbar tal-fiżika li jolqtuna huma diġà inklużi fid-99,997% li aħna ma kkunsidrawx. Allura forsi dak li għandek bżonn mhux tant li tibni magna oħra kbira u li tiswa ħafna flus, iżda pjuttost li ssib mod kif tanalizza ħafna aktar informazzjoni?

Ta 'min wieħed jikkunsidra, speċjalment peress li l-fiżiċi jittamaw li jingħafsu saħansitra aktar mill-magna. Il-perijodi ta' waqfien ta' sentejn (l-hekk imsejħa) li bdew reċentement se jżommu l-kollider idle sal-2021, u jippermetti l-manutenzjoni (2). Imbagħad se jibda jopera b'enerġiji simili jew kemmxejn ogħla qabel ma jgħaddi minn titjib kbir fl-2023, bit-tlestija skedata għall-2026.

Din il-modernizzazzjoni se tiswa biljun dollaru (irħis meta mqabbla mal-ispiża ppjanata ta 'FKK), u l-għan tagħha huwa li toħloq l-hekk imsejħa. Luminożità Għolja-LHC. Sal-2030, dan jista’ jżid in-numru ta’ ħabtiet li tagħmel karozza kull sekonda b’għaxar darbiet.

2. Xogħol ta’ tiswija fuq l-LHC

kien newtrino

Waħda mill-partiċelli li ma nstabitx fl-LHC, għalkemm kienet ittamata, hija WIMP (- partiċelli massivi b'interazzjoni dgħajfa). Dawn huma partiċelli tqal ipotetiċi (minn 10 GeV/s² għal diversi TeV/s², bil-massa ta 'proton ftit inqas minn 1 GeV/s²), li jinteraġixxu ma' materja viżibbli b'forza komparabbli mal-interazzjoni dgħajfa. Huma kienu jispjegaw il-massa misterjuża misterjuża msejħa materja skura, li hija ħames darbiet aktar komuni fl-univers mill-materja ordinarja.

L-LHC ma sabx WIMPs f'dan 0,003% tad-dejta sperimentali. Madankollu, hemm metodi orħos għal dan - eż. XENON-nT esperiment (3), vat enormi ta’ xenon likwidu fil-fond taħt l-art fl-Italja u fil-proċess li jiġi mdaħħal f’netwerk ta’ riċerka. F'bettija oħra enormi tal-kseno, LZ f'South Dakota, it-tfittxija se tibda fl-2020.

Jissejjaħ esperiment ieħor, li jikkonsisti f'ditekters semikondutturi ultra-sensittivi u kiesaħ SuperKDMS SNOLAB, se jibda jniżżel id-dejta f'Ontario kmieni fl-2020. Allura ċ-ċansijiet li finalment "jinqabdu" dawn il-partiċelli misterjużi fl-20 qed jiżdiedu.

Wimps mhumiex l-uniċi kandidati tal-materja skura li x-xjenzati qed jikkaċċjaw għalihom. Minflok, l-esperimenti jistgħu jipproduċu partiċelli alternattivi msejħa axions, li ma jistgħux jiġu osservati direttament bħal newtrinos.

Huwa probabbli ħafna li l-għaxar snin li ġejjin se jkunu ddominati minn skoperti relatati man-newtrinos. Huma fost l-aktar partiċelli komuni fl-Univers. Fl-istess ħin, wieħed mill-aktar diffiċli biex tistudja, minħabba li n-newtrinos jinteraġixxu b'mod dgħajjef ħafna ma 'materja ordinarja.

Ix-xjentisti ilhom jafu li din il-partiċella hija magħmula minn tliet hekk imsejħa togħmiet separati u tliet stati tal-massa separati - iżda dawn ma jikkorrispondux kompletament ma 'togħmiet, u kull togħma hija taħlita ta' tliet stati tal-massa minħabba l-mekkanika kwantistika. Ir-riċerkaturi jittamaw li jitgħallmu l-valuri eżatti ta 'dawn il-mases u l-ordni li fihom jidhru meta jingħaqdu biex joħolqu kull togħma. Esperimenti bħal KATERINA fil-Ġermanja għandhom jiġbru d-dejta meħtieġa biex jiddeterminaw dawn il-valuri fis-snin li ġejjin.

3. Mudell tad-ditekter XENON-nT

In-newtrini għandhom proprjetajiet strambi. Meta jivvjaġġaw, pereżempju, fl-ispazju, jidhru li joxxillaw bejn il-gosti. Esperti minn Osservatorju ta' Newtrino taħt l-art ta' Jiangmen fiċ-Ċina, li mistennija tibda tiġbor data dwar newtrinos emessi minn impjanti tal-enerġija nukleari fil-qrib is-sena d-dieħla.

Hemm tip simili ta 'proġett Super Kamiokande, osservazzjonijiet fil-Ġappun ilhom isiru. L-Istati Uniti bdiet tibni s-siti tat-test tan-newtrino tagħha stess. LBNF fl-Illinois u l-esperiment bin-newtrini fil-fond DUNA f’South Dakota.

Il-proġett LBNF/DUNE ffinanzjat minn diversi pajjiżi ta' $1,5 biljun huwa mistenni li jibda fl-2024 u jibda jaħdem bis-sħiħ sal-2027. Esperimenti oħra mfassla biex jinfetħu s-sigrieti tan-newtrinos jinkludu VJAL, fil-Laboratorju Nazzjonali Oak Ridge fi Tennessee, u Programm ta' newtrino fuq bażi qasira, f'Fermilab, Illinois.

Min-naħa tagħhom, fil-proġett Leġġenda-200, Skedata li tiftaħ fl-2021, se tistudja fenomenu magħruf bħala t-tħassir beta doppju mingħajr neutrino. Huwa preżunt li żewġ newtroni min-nukleu ta’ atomu simultanjament jitmermer fi protoni, li kull wieħed minnhom joħroġ elettron u , jiġi f'kuntatt ma 'newtrino ieħor u annihilates.

Kieku teżisti reazzjoni bħal din, tkun tipprovdi evidenza li n-newtrinos huma l-antimaterja tagħhom stess, li jappoġġaw indirettament teorija oħra dwar l-univers bikri - li jispjega għaliex hemm aktar materja milli antimaterja.

Il-fiżiċi jridu wkoll fl-aħħar jistudjaw l-enerġija skura misterjuża li tippenetra l-ispazju u twassal għall-espansjoni tal-Univers. Spettroskopija tal-enerġija skura L-għodda (DESI) għadha kif bdiet taħdem is-sena li għaddiet u hija mistennija li tibda taħdem fl-2020. Teleskopju Kbir ta' Stħarriġ Sinottiku fiċ-Ċili, pilotat mill-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza/Dipartiment tal-Enerġija - programm ta 'riċerka sħiħ li juża dan it-tagħmir għandu jibda fl-2022.

С другой стороны (4), li kien iddestinat li jsir l-avveniment tad-deċennju li għadda, eventwalment se jsir l-eroj tal-għoxrin. Minbarra t-tfittxijiet ippjanati, se tikkontribwixxi għall-istudju tal-enerġija skura billi tosserva l-galassji u l-fenomeni tagħhom.

4. Viżwalizzazzjoni tat-Teleskopju James Webb

X’se nistaqsu

Huwa sens komun li l-għaxar snin li ġejjin fil-fiżika mhux se jkunu ta’ suċċess jekk għaxar snin minn issa qed nistaqsu l-istess mistoqsijiet bla tweġiba. Ikun ferm aħjar meta nġibu t-tweġibiet li rridu, iżda wkoll meta jinqalgħu mistoqsijiet kompletament ġodda, għax ma nistgħux noqogħdu fuq sitwazzjoni li fiha l-fiżika tgħid, "M'għandix aktar mistoqsijiet," qatt.