Fizikteki çıkmazdan nasıl çıkılır?
Yeni nesil parçacık çarpıştırıcısı milyarlarca dolara mal olacak. Avrupa ve Çin'de bu tür cihazların üretilmesine yönelik planlar var ancak bilim insanları bunun mantıklı olup olmadığından şüpheli. Belki de fizikte çığır açacak yeni bir deney ve araştırma yöntemi arasak daha iyi olur?
Standart Model, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) dahil olmak üzere birçok kez doğrulandı, ancak fiziğin tüm beklentilerini karşılamıyor. Karanlık maddenin ve karanlık enerjinin varlığı ya da yerçekiminin diğer temel kuvvetlerden neden bu kadar farklı olduğu gibi gizemleri açıklayamıyor.
Geleneksel olarak bu tür problemlerle uğraşan bilimde, bu hipotezleri doğrulamanın veya çürütmenin bir yolu vardır. ek veri toplamak - bu durumda daha iyi teleskoplardan ve mikroskoplardan ve belki de tamamen yeni, daha da büyük bir teleskoptan süper tampon keşfedilme şansı yaratacak süpersimetrik parçacıklar
2012 yılında Çin Bilimler Akademisi Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü dev bir süper sayaç inşa etme planını duyurdu. Planlanan Elektron Pozitron Çarpıştırıcısı (CEPC) yaklaşık 100 km'lik bir çevreye sahip olacak, yani LHC'den neredeyse dört kat daha büyük olacaktır (1). Buna cevaben, 2013 yılında LHC'nin operatörü, yani CERN, adı verilen yeni bir çarpışma cihazı yaratma planını duyurdu. Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı (FCC).
1. Planlanan CEPC, FCC ve LHC hızlandırıcılarının boyutlarının karşılaştırılması.
Ancak bilim insanları ve mühendisler bu projelerin bu büyük yatırıma değip değmeyeceğini merak ediyor. Parçacık fiziği alanında Nobel Ödülü sahibi Chen-Ning Yang, üç yıl önce bir blog yazısında yeni süpersimetri kullanılarak süpersimetrinin izlerinin aranmasını eleştirmiş ve bunu bir "tahmin oyunu" olarak nitelendirmişti. Çok pahalı bir tahmin. Çin'deki birçok bilim insanı tarafından da yinelendi ve Avrupa'daki bilimsel aydınlar FCC projesi hakkında aynı ruhla konuştu.
Frankfurt'taki İleri Araştırma Enstitüsü'nden fizikçi Sabine Hossenfelder Gizmodo'ya söyledi. –
Daha güçlü çarpıştırıcılar inşa etme projelerini eleştirenler, durumun inşa edildiği zamandan farklı olduğunu belirtiyor. O zamanlar aradığımız bile biliniyordu. Higgs bozonu. Artık hedefler daha az tanımlanmış. Ve Higgs keşfi için güncellenen Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından gerçekleştirilen deneylerin sonuçlarındaki sessizlik - 2012'den bu yana tek bir çığır açıcı keşif ortaya çıkmamışken - biraz kaygı verici.
Ayrıca herkes tarafından bilinmeyen ama herkesin bildiği bir gerçek var ki LHC deneylerinin sonuçları hakkında bildiğimiz her şey, o zaman elde edilen verilerin yalnızca %0,003'ünün analiz edilmesinden geliyor. Daha fazlasını kaldıramadık. Bizi rahatsız eden büyük fizik sorularına verilen yanıtların, dikkate almadığımız %99,997'nin içinde zaten yer aldığı göz ardı edilemez. Belki de ihtiyacınız olan şey başka bir büyük, pahalı makine yapmak değil, çok daha fazla bilgiyi analiz etmenin bir yolunu bulmaktır?
Özellikle fizikçiler makineden daha fazlasını elde etmeyi umdukları için, bunu düşünmeye değer. Yakın zamanda başlayan iki yıllık kesinti (sözde) çarpıştırıcıyı 2021 yılına kadar atıl durumda tutacak ve bakım yapılmasına olanak sağlayacak (2). Daha sonra benzer veya biraz daha yüksek enerjilerde çalışmaya başlayacak ve ardından 2023'te büyük bir yükseltmeye tabi tutulacak ve tamamlanması 2026'da planlanacak.
Bu modernizasyon bir milyar dolara mal olacak (FKK'nın planlanan maliyetiyle karşılaştırıldığında ucuz) ve amacı sözde yaratmaktır. Yüksek Parlaklık-LHC. Bu, 2030 yılına gelindiğinde bir arabanın saniyede yaptığı çarpışma sayısını on kat artırabilir.
2. LHC'de onarım çalışması
o bir nötrinoydu
LHC'de umulduğu halde tespit edilemeyen parçacıklardan biri de PISIRIK (- zayıf etkileşime giren büyük parçacıklar). Bunlar varsayımsal ağır parçacıklardır (10 GeV/s²'den birkaç TeV/s²'ye kadar, bir protonun kütlesi 1 GeV/s²'den biraz daha az), görünür madde ile zayıf etkileşimle karşılaştırılabilir bir kuvvetle etkileşime giriyor. Evrende sıradan maddeden beş kat daha fazla bulunan, karanlık madde adı verilen gizemli gizemli kütleyi açıklayacaklardı.
LHC, deneysel verilerin bu %0,003'ünde WIMP'leri tespit edemedi. Ancak bunun için daha ucuz yöntemler var; KSENON-nT deneyi (3), İtalya'nın derinliklerinde büyük bir sıvı ksenon fıçısı var ve bir araştırma ağına beslenme sürecinde. Güney Dakota'daki bir başka büyük ksenon fıçısı LZ'de arama çalışmaları 2020'de başlayacak.
Ultra duyarlı ultra soğuk yarı iletken dedektörlerden oluşan başka bir deneye denir. SuperKDMS SNOLAB, 2020'nin başlarında Ontario'daki verileri indirmeye başlayacak. Dolayısıyla bu gizemli parçacıkların nihayet 20'lerde "yakalanma" şansı artıyor.
Bilim adamlarının peşinde olduğu tek karanlık madde adayı pısırıklar değil. Bunun yerine deneyler, nötrinolar gibi doğrudan gözlemlenemeyen eksen adı verilen alternatif parçacıklar üretebilir.
Önümüzdeki on yıla nötrinolarla ilgili keşiflerin hakim olması çok muhtemel. Evrendeki en yaygın parçacıklar arasındadırlar. Aynı zamanda üzerinde çalışılması en zor olanlardan biri çünkü nötrinolar sıradan maddeyle çok zayıf etkileşime giriyor.
Bilim insanları bu parçacığın üç ayrı sözde tat ve üç ayrı kütle durumundan oluştuğunu uzun zamandır biliyorlardı; ancak bunlar tam olarak tatlara karşılık gelmiyor ve her bir tat, kuantum mekaniği nedeniyle üç kütle durumunun birleşimidir. Araştırmacılar, bu kütlelerin tam değerlerini ve her bir tadı oluşturmak için birleştiklerinde ortaya çıktıkları sırayı öğrenmeyi umuyorlar. Şunun gibi deneyler Catherine Almanya'da önümüzdeki yıllarda bu değerlerin belirlenmesi için gerekli verileri toplamaları gerekiyor.
3. XENON-nT dedektör modeli
Nötrinoların tuhaf özellikleri var. Örneğin uzayda seyahat ederken, zevkler arasında gidip geliyor gibi görünüyorlar. Uzmanlar Jiangmen Yeraltı Nötrino Gözlemevi Çin'in önümüzdeki yıl yakındaki nükleer santrallerin yaydığı nötrinolar hakkında veri toplamaya başlaması bekleniyor.
Buna benzer bir proje var Süper Kamiokande, Japonya'da gözlemler uzun süredir yapılıyor. Amerika Birleşik Devletleri kendi nötrino test sahalarını kurmaya başladı. LBNF Illinois'de ve nötrinolarla derinlemesine deney KUMDAN TEPE Güney Dakota'da.
1,5 milyar dolarlık çok ülke destekli LBNF/DUNE projesinin 2024 yılında başlaması ve 2027 yılına kadar tamamen faaliyete geçmesi bekleniyor. Nötrinoların sırlarını açığa çıkarmak için tasarlanan diğer deneyler arasında şunlar yer alıyor: BULVAR, Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda ve Kısa tabanlı nötrino programı, Fermilab, Illinois'de.
Buna karşılık projede Efsane-200, 2021 yılında açılması planlanan tesis, nötrinosuz çift beta bozunması olarak bilinen bir olguyu inceleyecek. Bir atomun çekirdeğindeki iki nötronun eş zamanlı olarak protonlara bozunduğu ve her birinin bir elektronu dışarı çıkardığı varsayılmaktadır. , başka bir nötrino ile temasa geçerek yok olur.
Eğer böyle bir reaksiyon mevcut olsaydı, nötrinoların kendi antimaddeleri olduğuna dair kanıt sunabilir ve dolaylı olarak erken evren hakkındaki başka bir teoriyi destekleyebilir ve neden antimaddeden daha fazla madde bulunduğunu açıklayabilirdi.
Fizikçiler ayrıca nihayet uzaya nüfuz eden ve Evrenin genişlemesine yol açan gizemli karanlık enerjiyi de incelemek istiyorlar. Karanlık enerji spektroskopisi Araç (DESI) geçen yıl kullanıma sunuldu ve 2020'de kullanıma sunulması bekleniyor. Büyük Sinoptik Araştırma Teleskobu Şili'de, Ulusal Bilim Vakfı/Enerji Bakanlığı tarafından pilot olarak yürütülen bu ekipmanın kullanıldığı tam teşekküllü bir araştırma programının 2022'de başlaması gerekiyor.
Diğer tarafta (4Geçtiğimiz on yılın olayı haline gelecek olan ), sonunda yirminci yüzyılın kahramanı olacak. Planlanan araştırmaların yanı sıra galaksiler ve fenomenlerinin gözlemlenmesiyle karanlık enerjinin araştırılmasına da katkı sağlanacak.
4. James Webb Teleskobunun Görselleştirilmesi
Ne soracağız
Eğer bundan on yıl sonra aynı cevapsız soruları sorarsak, gelecek on yılın fizikte başarılı olmayacağı ortak bir kanıdır. İstediğimiz cevapları aldığımızda ve aynı zamanda tamamen yeni sorular ortaya çıktığında çok daha iyi olacak çünkü fiziğin "Başka sorum yok" dediği bir duruma asla güvenemeyiz.
