Никой не бърка с Големия адронов колайдер. Това е върховният уред за разбиване на частиците в сегашната епоха и нищо не може да се докосне до неговите енергийни възможности или способност да изучава границите на физиката. Но цялата слава е преходна и нищо не трае вечно. В крайна сметка някъде около 2035 г. светлините на този мощен пръстен с дължина 17 мили (27 километра) ще угаснат. Какво идва след това?
Конкуриращите се групи по целия свят се надпреварват да осигурят финансова подкрепа, за да направят идеите за своите коли за домашни любимци следващото голямо нещо. Един дизайн е описан на 13 август в статия в журнала за отпечатване arXiv. Известен като компактен линеен сблъсък (или CLIC, защото това е сладко), предлаганият масивен, субатомно релсов пистолет изглежда е предният водач. Каква е истинската същност на бозона на Хигс? Какво е връзката му с горния кварк? Можем ли да намерим някакви намеци за физика извън стандартния модел? CLIC може да бъде в състояние да отговори на тези въпроси. Той включва само сблъсък на частици, по-дълъг от Манхатън.
Субатомни състезателни влакове
Големият адронов колайдер (LHC) разбива заедно малко тежки частици, известни като адрони (оттук и името на съоръжението). Имате куп адрони вътре в тялото си; протоните и неутроните са най-честите представители на този микроскопичен клан. В LHC кръгът и кръгът на адроните вървят в гигантски кръг, докато не приближат скоростта на светлината и започват да разбиват. Макар и впечатляващ - LHC достига енергии, несравними с което и да е друго устройство на Земята - цялата афера е доста объркана. В края на краищата адроните са конгломератни частици, просто торбички с други, по-дребни, по-фундаментални неща и когато адроните се разбият, всичките им черва се разливат навсякъде, което прави анализа сложен.
За разлика от тях, CLIC е проектиран да бъде много по-опростен, по-чист и по-хирургичен. Вместо адрони, CLIC ще ускори електрони и позитрони, две леки, основни частици. И този уред ще ускори частиците по права линия, където и да е от 7 до 31 мили (11 до 50 км), в зависимост от крайния дизайн, точно до цевта.
Цялата тази страховитост няма да се случи наведнъж. Настоящият план е CLIC да започне да работи с по-нисък капацитет през 2035 г., точно когато LHC приключва. CLIC от първо поколение ще работи с едва 380 гигаелектронволта (GeV), по-малко от една трета от максималната мощност на LHC. Всъщност дори пълната оперативна мощност на CLIC, която в момента е насочена към 3 тераелектронволта (TeV), е по-малко от една трета от това, което LHC може да направи сега.
И така, ако напредналият сблъсък на частици от ново поколение не може да победи това, което можем да направим днес, какъв е смисълът?
Ловец на Хигс
Отговорът на CLIC е да се работи по-интелигентно, а не по-трудно. Една от основните научни цели на LHC беше да се намери Хигс бозон, дълго търсената частица, която дава на други частици своята маса. Още през 80-те и 90-те, когато LHC се проектираше, не бяхме сигурни, че Хигс дори съществува, и нямахме представа каква е неговата маса и други свойства. Затова трябваше да изградим инструмент с общо предназначение, който да изследва много видове взаимодействия, които всички потенциално биха могли да разкрият Хигс.
И ние го направихме. Ура!
Но сега, когато знаем, че Хигс е истинско нещо, можем да настроим нашите колиери на много по-тесен набор от взаимодействия. Правейки това, ние ще се стремим да произведем възможно най-много бозони на Хигс, да съберем купища сочни данни и да научим много повече за тази мистериозна, но фундаментална частица.
И тук идва може би най-странният бит от физически жаргон, с който вероятно ще се сблъскате тази седмица: Higgsstrahlung. Да, ти си чел това право. Има процес във физиката на частиците, известен като bremsstrahlung, който е уникален вид радиация, произведена от куп горещи частици, натъпкани в малка кутия. По аналогия, когато забиете електрон в позиция с високи енергии, те се унищожават взаимно в душ от енергия и нови частици, сред които Z бозон, сдвоен с Хигс. Следователно Хигсстрахлунг.
При 380 Gev, CLIC ще бъде допълнителен фабричен завод на Higgsstrahlung.
Отвъд горния кварк
В новия документ Александър Филип Зарнечки, физик от Варшавския университет в Полша и член на сътрудничеството на CLIC, обясни текущото състояние на проекта на съоръжението, базирайки се на сложни симулации на детекторите и сблъсъци с частици.
Надеждата с CLIC е, че просто произвеждайки възможно най-много богове на Хигс в чиста, лесна за изучаване среда, можем да научим повече за частицата. Има ли повече от един Хигс? Говорят ли помежду си? Колко силно взаимодейства Хигс с всички останали частици на Стандартния модел, основна теория за субатомната физика?
Същата философия ще бъде приложена към най-горния кварк, най-малко добре разбран и най-редък от кварките. Вероятно не сте чували много за горния кварк, защото той е нещо като самотник - това беше последният кварк, който беше открит, и го виждаме рядко. Дори на началните етапи CLIC ще произвежда около 1 милион топ кварки, осигуряващи нечувана статистическа мощност при използване на LHC и други съвременни колиери. Оттам екипът зад CLIC се надява да проучи как разпада най-горната частица на кварк, което се случва много рядко. Но с милион от тях, просто може да успеете да научите нещо.
Но това не е всичко. Разбира се, едно е да се изградят Хигс и топ кварк, но интелигентният дизайн на CLIC му позволява да прокара границите на Стандартния модел. Досега LHC излезе суха в търсенето на нови частици и нова физика. Въпреки че има още много години, за да ни изненада, с течение на времето, надеждата намалява.
Чрез своето сурово производство на безброй Хигс бозони и топ кварки, CLIC може да търси намеци за нова физика. Ако има някаква екзотична частица или взаимодействие там, това може да повлияе фино на поведението, разпадането и взаимодействието на тези две частици. CLIC може дори да произведе частицата, отговорна за тъмната материя, тази загадъчна, невиждана материя, която променя хода на небето. Съоръжението няма да може директно да вижда тъмната материя (защото е тъмно), но физиците могат да забележат, когато енергията или инерцията са изчезнали от събитията на сблъсъка, сигурен знак, че се случва нещо фънки.
Кой знае какво може да открие CLIC? Но независимо от всичко, ние трябва да надхвърлим LHC, ако искаме достоен шанс да разберем известните частици от нашата вселена и да разкрием някои нови.
Пол М. Сътър е астрофизик в Държавният университет в Охайо, домакин на „Попитайте Космонавт" и "Космическо радио, "и автор на"Вашето място във Вселената."
