Bii o ṣe le jade kuro ninu wahala ni fisiksi?

Nigbamii ti iran patiku collider yoo na ọkẹ àìmọye dọla. Awọn ero wa lati kọ iru awọn ẹrọ ni Yuroopu ati China, ṣugbọn awọn onimo ijinlẹ sayensi beere boya eyi jẹ oye. Boya o yẹ ki a wa ọna tuntun ti idanwo ati iwadii ti yoo yorisi aṣeyọri ninu fisiksi? 

Awoṣe Standard naa ti jẹrisi leralera, pẹlu ni Large Hadron Collider (LHC), ṣugbọn ko ni ibamu pẹlu gbogbo awọn ireti ti fisiksi. Ko le ṣe alaye awọn ohun ijinlẹ bii aye ti ọrọ dudu ati agbara dudu, tabi idi ti walẹ fi yatọ si awọn ipa pataki miiran.

Ninu imọ-jinlẹ ti aṣa ti n koju iru awọn iṣoro bẹ, ọna kan wa lati jẹrisi tabi tako awọn idawọle wọnyi. gbigba ti awọn afikun data - ninu apere yi, lati dara telescopes ati microscopes, ati boya lati kan patapata titun, paapa ti o tobi Super bompa ti yoo ṣẹda anfani lati wa ni awari supersymmetric patikulu.

Ni 2012, Institute of High Energy Physics ti Chinese Academy of Sciences kede a ètò lati kọ kan omiran Super counter. Eto Electron Positron Collider (CEPC) yoo ni iyipo ti o to 100 km, o fẹrẹ to igba mẹrin ti LHC (1). Ni idahun, ni ọdun 2013, oniṣẹ ẹrọ ti LHC, ie CERN, kede eto rẹ fun ẹrọ ikọlu tuntun ti a npe ni. Collider Yika ojo iwaju (FCC).

1. Iwon lafiwe ti awọn ngbero CEPC, FCC ati LHC accelerators.

Sibẹsibẹ, awọn onimọ-jinlẹ ati awọn onimọ-ẹrọ n ṣe iyalẹnu boya awọn iṣẹ akanṣe wọnyi yoo tọsi idoko-owo nla naa. Chen-Ning Yang, olubori Ebun Nobel ninu fisiksi patiku, ṣofintoto wiwa fun awọn itọpa ti supersymmetry nipa lilo supersymmetry tuntun ni ọdun mẹta sẹhin lori bulọọgi rẹ, o pe ni “ere amoro.” Amoro ti o gbowolori pupọ. Ọpọlọpọ awọn onimo ijinlẹ sayensi ni Ilu China sọ ọ, ati ni Yuroopu, awọn imole ti imọ-jinlẹ sọ ni ẹmi kanna nipa iṣẹ akanṣe FCC.

Eyi ni ijabọ si Gizmodo nipasẹ Sabine Hossenfelder, onimọ-jinlẹ kan ni Institute for Advanced Study ni Frankfurt. -

Awọn alariwisi ti awọn iṣẹ akanṣe lati ṣẹda awọn colliders ti o lagbara diẹ sii ṣe akiyesi pe ipo naa yatọ si nigbati o ti kọ. O ti mọ ni akoko ti a ti wa ni ani nwa Bogs Higgs. Bayi awọn ibi-afẹde ko ni asọye. Ati ipalọlọ ninu awọn abajade ti awọn adanwo ti o ṣe nipasẹ Large Hadron Collider igbegasoke lati gba wiwa Higgs - laisi awọn awari awaridii lati ọdun 2012 - jẹ ohun ti o buruju.

Ni afikun, o wa kan ti o mọye, ṣugbọn boya kii ṣe gbogbo agbaye, otitọ pe ohun gbogbo ti a mọ nipa awọn abajade ti awọn idanwo ni LHC wa lati inu itupalẹ ti nikan nipa 0,003% ti data ti o gba lẹhinna. A o kan ko le mu diẹ sii. A ko le ṣe akoso pe awọn idahun si awọn ibeere nla ti fisiksi ti o wa ninu wa ti wa tẹlẹ ninu 99,997% ti a ko ṣe akiyesi. Nitorinaa boya o ko nilo pupọ lati kọ ẹrọ nla miiran ati gbowolori, ṣugbọn lati wa ọna lati ṣe itupalẹ alaye pupọ diẹ sii?

O tọ lati ronu, paapaa nitori awọn onimọ-jinlẹ nireti lati fun pọ paapaa diẹ sii ninu ọkọ ayọkẹlẹ naa. Ilọkuro ọdun meji (eyiti a pe) ti o bẹrẹ laipẹ yoo jẹ ki ikọlu naa ṣiṣẹ titi di ọdun 2021, gbigba fun itọju (2). Lẹhinna yoo bẹrẹ iṣẹ ni iru tabi awọn agbara agbara ti o ga julọ, ṣaaju ṣiṣe igbesoke pataki ni 2023, pẹlu eto ipari fun 2026.

Olaju yii yoo jẹ owo bilionu kan (olowo poku ni akawe si idiyele ti a gbero ti FCC), ati pe ibi-afẹde rẹ ni lati ṣẹda ohun ti a pe. Imọlẹ giga-LHC. Ni ọdun 2030, eyi le pọ si ilọpo mẹwa nọmba awọn ijamba ọkọ ayọkẹlẹ kan fun iṣẹju-aaya.

2. Iṣẹ atunṣe lori LHC

neutrino ni

Ọkan ninu awọn patikulu ti a ko rii ni LHC, botilẹjẹpe o nireti lati jẹ, ni Wimp (-ailagbara ibaraenisepo lowo awon patikulu). Iwọnyi jẹ awọn patikulu eru hypothetical (lati 10 GeV / s² si ọpọlọpọ TeV / s², lakoko ti iwọn proton jẹ diẹ kere ju 1 GeV / s²) ni ibaraenisepo pẹlu ọrọ ti o han pẹlu agbara ti o ṣe afiwe si ibaraenisepo alailagbara. Wọ́n máa ń ṣàlàyé ọ̀pọ̀ àràmàǹdà kan tí wọ́n ń pè ní dúdú dúdú, èyí tí ó wọ́pọ̀ ní ìlọ́po márùn-ún ní àgbáálá ayé ju ọ̀ràn lásán lọ.

Ni LHC, ko si awọn WIMPs ti a rii ni 0,003% ti data idanwo naa. Sibẹsibẹ, awọn ọna ti o din owo wa fun eyi - fun apẹẹrẹ. XENON-NT ṣàdánwò (3), Omi nla kan ti omi xenon ti o jinlẹ si ipamo ni Ilu Italia ati ninu ilana ti jijẹ sinu nẹtiwọọki iwadii. Ninu vat nla miiran ti xenon, LZ ni South Dakota, wiwa yoo bẹrẹ ni kutukutu bi 2020.

Idanwo miiran, ti o ni awọn aṣawari semikondokito ultracold supersensitive, ni a pe SuperKDMS SNOLAB, yoo bẹrẹ ikojọpọ data si Ontario ni ibẹrẹ 2020. Nitorinaa awọn aye ti nipari “ibon” awọn patikulu aramada wọnyi ni awọn ọdun 20 ti ọrundun XNUMXth n pọ si.

Wimps kii ṣe awọn oludije ọrọ dudu nikan ni awọn onimọ-jinlẹ wa lẹhin. Dipo, awọn adanwo le gbe awọn patikulu omiiran ti a pe ni axions, eyiti a ko le ṣe akiyesi taara bi neutrinos.

O ṣeese pupọ pe ọdun mẹwa ti nbọ yoo jẹ ti awọn iwadii ti o jọmọ neutrinos. Wọn wa laarin awọn patikulu ti o wọpọ julọ ni agbaye. Ni akoko kanna, ọkan ninu awọn ti o nira julọ lati ṣe iwadi, nitori awọn neutrinos ṣe ailagbara pupọ pẹlu ọrọ lasan.

Awọn onimo ijinlẹ sayensi ti mọ tipẹtipẹ pe patiku yii jẹ ti awọn adun lọtọ mẹta ti a pe ni awọn adun ati awọn ipinlẹ ibi-pupọ mẹta - ṣugbọn wọn ko ni ibamu deede awọn adun, ati adun kọọkan jẹ apapọ awọn ipinlẹ ibi-pupọ mẹta nitori awọn ẹrọ kuatomu. Awọn oniwadi ni ireti lati wa awọn itumọ gangan ti awọn ọpọ eniyan wọnyi ati ilana ti wọn han nigbati wọn ba papọ lati ṣẹda õrùn kọọkan. Awọn idanwo bii KATHERINE ni Jẹmánì, wọn gbọdọ gba data pataki lati pinnu awọn iye wọnyi ni awọn ọdun to n bọ.

3. XENON-nT aṣawari awoṣe

Neutrinos ni awọn ohun-ini ajeji. Rin irin-ajo ni aaye, fun apẹẹrẹ, wọn dabi ẹnipe o wa laarin awọn itọwo. Amoye lati Jiangmen Underground Neutrino Observatory ni Ilu China, eyiti o nireti lati bẹrẹ gbigba data lori awọn neutrinos ti o jade lati awọn ile-iṣẹ agbara iparun ti o wa nitosi ni ọdun to nbọ.

Ise agbese kan wa ti iru Super-Kamiokande, Awọn akiyesi ni Japan ti n lọ fun igba pipẹ. AMẸRIKA ti bẹrẹ kikọ awọn aaye idanwo neutrino tirẹ. LBNF ni Illinois ati awọn ẹya ṣàdánwò pẹlu neutrinos ni ijinle DUNE ni South Dakota.

$1,5 bilionu ti orilẹ-ede ti o ni agbateru iṣẹ akanṣe LBNF/DUNE ni a nireti lati bẹrẹ ni 2024 ati pe yoo ṣiṣẹ ni kikun nipasẹ 2027. Awọn adanwo miiran ti a ṣe lati ṣii awọn aṣiri ti neutrino pẹlu ONA, ni Oak Ridge National yàrá ni Tennessee, ati eto neutrino ipilẹ kukuru, Fermilab, Illinois.

Ni Tan, ni ise agbese Àlàyé-200, Ti a ṣe eto lati ṣii ni ọdun 2021, iṣẹlẹ kan ti a mọ si ibajẹ beta ilopo neutrinoless yoo ṣe iwadi. A ro pe neutroni meji lati inu arin ti atomu ni akoko kanna bajẹ sinu awọn protons, ọkọọkan eyiti o njade itanna ati , wa sinu olubasọrọ pẹlu miiran neutrino ati ki o parun.

Ti iru iṣesi bẹẹ ba wa, yoo pese ẹri pe awọn neutrinos jẹ antimatter tiwọn, ni aiṣe-taara jẹrisi ilana miiran nipa agbaye ibẹrẹ - ti n ṣalaye idi ti ọrọ diẹ sii ju antimatter.

Awọn onimọ-jinlẹ tun fẹ lati nipari wo inu agbara dudu ti aramada ti o wọ inu aaye ti o fa ki agbaye gbooro sii. Dudu agbara spectroscopy Ọpa naa (DESI) bẹrẹ ṣiṣẹ nikan ni ọdun to kọja ati pe a nireti lati ṣe ifilọlẹ ni 2020. Ti o tobi Synoptic Survey Awòtẹlẹ ni Ilu Chile, ti a ṣe awakọ nipasẹ National Science Foundation/Eka Agbara, eto iwadii kikun ni lilo ohun elo yii yẹ ki o bẹrẹ ni 2022.

Ni apa keji (4), eyi ti a ti pinnu lati di iṣẹlẹ ti awọn ọdun mẹwa ti njade, yoo di akọni ti aseye ogun ọdun. Ni afikun si awọn wiwa ti a gbero, yoo ṣe alabapin si ikẹkọ ti agbara dudu nipasẹ wiwo awọn irawọ ati awọn iyalẹnu wọn.

4. Wiwo ti James Webb Telescope

Kini a yoo beere

Ni oye ti o wọpọ, ọdun mẹwa ti nbọ ni fisiksi kii yoo ṣe aṣeyọri ti ọdun mẹwa lati igba bayi a n beere awọn ibeere ti ko dahun kanna. Yoo dara julọ nigbati a ba gba awọn idahun ti a fẹ, ṣugbọn paapaa nigbati awọn ibeere tuntun ba dide, nitori a ko le gbẹkẹle ipo kan ninu eyiti fisiksi yoo sọ pe, “Emi ko ni awọn ibeere diẹ sii,” lailai.