In 10 Years, the Large Hadron Collider Was a Smash — with More Discoveries to Come

Одним из самых больших достижений Большого Адронного Коллайдера стало открытие бозона Хиггса. Здесь замысел художника поля Хиггса, которое пронизывает вселенную; когда принципиально частицы взаимодействуют с этим полем, они дают массу.
Кредит: ЦЕРН

Еще в 2008 году, пучок протонов впервые на молнии вокруг Большого Адронного Коллайдера (LHC), самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц. Теперь, десять лет спустя, это время, чтобы подвести итоги, чему мы научились благодаря этому объекту и то, что лежит впереди.

Этот учет включает в себя как будущих исследований, что БАК может проводить и возможных новых объектов, которые могут столкнуться частиц при энергиях далеко за пределы того, что БАК может достичь. Два, или возможно три, возможно, замена бака были предложены. Итак, давайте рассмотрим, где мы находимся и куда мы пришли за последние десять лет.

История бак является одновременно и волнующей, и турбулентным, с событиями, начиная от катастрофического повреждения прибора огромные магниты в первые дни операции, чтобы как феникс восстать из этой трагедии, с последующим твердым и интересных открытий, включая открытие бозона Хиггса. Чтобы найти заработал Питер Хиггс и Франсуа Энглерт Нобелевскую премию, как они предсказывали частиц более полувека назад. Это необычно для мира, чтобы восхищенно следить за физика элементарных частиц новости, но объявление о открытие бозона Хиггса вела выпуски новостей по всему миру. [5 неуловимых частиц после бозона]

Физиков тоже были на краю своих мест, ожидая, что они надеялись, будут неожиданные открытия. На протяжении почти полувека, ученые имели современные теоретические представления о поведении субатомных вопрос прорабатывается. Это понимание называется Стандартной моделью физики элементарных частиц.

Модель объясняет наблюдаемое поведение молекулы и атомы обычной материи и даже из самых маленьких известных строительных блоков не наблюдается. Эти частицы называются кварками и лептонами, с кварками внутри протонов и нейтронов, составляющих ядра атомов и с электронами является наиболее знакомы лептон. Стандартная модель также объясняет поведение все известные силы, за исключением гравитации. Это поистине необыкновенное научное достижение.

Однако, стандартная модель не объясняет все вещи в теоретической физике. Это не объясняет, почему кварки и лептоны, кажется, существует в трех различных, но почти идентичные конфигурации, называемые поколениями. (Почему три? Почему не два? Или четыре? Или один? Или 20?) Эта модель не объясняет, почему наша Вселенная состоит только из материи, при самом простом понимании теории относительности Альберта Эйнштейна утверждает, что Вселенная должна содержать равное количество антиматерии.

Стандартная модель не объясняет, почему исследования космоса показывают, что обычное вещество из атомов составляет всего лишь 5 процентов материи и энергии Вселенной. Остальные полагают, состоят из темной материи и темной энергии. Темная материя это форма материи, которая испытывает только гравитация и другие фундаментальные силы, в то время как темная энергия-это форма отрицательной гравитации, которая пронизывает космос. [В 18 больших неразгаданных тайн в физике]

До первой операции на LHC, физики, как я надеялся, что атом нечто сногсшибательное бы помочь нам ответить на эти недоуменные вопросы. Чаще всего в качестве кандидата в теории объяснить те загадки, называли суперсимметрии. Это говорит о том, что все известные элементарные частицы имеют «суперпартнера» частицы коллегой. Это, в свою очередь, может дать объяснение темной материи и ответить на некоторые другие вопросы. Однако физиков не наблюдается каких-либо суперсимметрии. Более того, данные бак исключил простейших теорий включения суперсимметрии. Так, что бак сделали?

Ну, кроме того, что весь Хиггса вещь, бак кормила данные четырех крупных экспериментальных коллабораций, в результате чего более 2000 научных работ. Внутри бак, частицы врезались друг в друга при энергиях в 6,5 раз выше, чем те, что были достигнуты Тэватроне, который носил титул самого мощного в мире ускорителя частиц за четверть века, пока бак снял корону.

The world's largest atom smasher, the Large Hadron Collider, forms a 17-mile-long (27 kilometers) ring under the French-Swiss border.

Крупнейший в мире атом нечто сногсшибательное, Большой Адронный Коллайдер, образует 17-километровый (27 километров) кольцо под французско-швейцарской границы.
Кредит: Максимильен Брис/ЦЕРН

Эти тесты Стандартной модели были очень важны. Любая из этих измерений может согласиться с прогнозами, что привело бы к открытию. Однако, получается, что Стандартная модель очень хорошая теория, и сделаны как точные прогнозы на энергиях столкновения на LHC как это делали на энергетические уровни в ранее Тэватроне.

Так что, это проблема? В очень реальном смысле, ответа нет. В конце концов, наука, как много о тестировании и отвергая неправильное новых идей как речь идет о проверке правильные.

С другой стороны, никто не отрицает, что ученым было бы гораздо более взволнован, чтобы найти явления, которые раньше не были предсказаны. Открытия этого типа человека знаниями, и в результате переписывания учебников.

Так, что теперь? Имеет бак закончил рассказывать нам свои сказки? Вряд ли. Действительно, исследователи с нетерпением ждем улучшений в оборудование, которое поможет им изучить вопросы, они не могут обращаться, используя современные технологии. Бак закрыли в начале декабря 2018 за два года на ремонт и модернизацию. Когда ускоритель возобновляет операции весной 2021 года, он вернется с незначительным увеличением энергии, но удвоить число столкновений в секунду. С учетом планируемой модернизации, ученые бак до сих пор зафиксировано только 3 процента от ожидаемых данных. В то время как это займет много лет, чтобы просеять через все выводы, на данный момент планируется запись примерно в 30 раз больше данных, чем было получено дата. С, что гораздо больше данных, чтобы прийти, в баке еще есть много что рассказать.

До сих пор, в то время как коллайдер будет работать еще 20 лет, это вполне разумно также задать, «Что дальше?» Физики задумались о строительстве на ускоритель частиц, чтобы заменить бак. Следуя традициям бак, как вариант, сталкиваться пучки протонов вместе в умопомрачительной энергии — 100 триллионов электронвольт (ТэВ), что существенно больше, чем лучшие возможности коллайдер на 14 ТэВ. Но выполняя те энергии, которые потребуются две вещи: во-первых, нам нужно создать магниты, которые в два раза мощный, как те, которые толкают частицы из бака. Считается, что это сложно, но достижимо. Во-вторых, нам понадобится еще один туннель, так же, как на LHC, но более чем в три раза больше вокруг, с примерными окружности 61 миль (100 километров), примерно в четыре раза больше, чем бак.

Но где этот большой туннель будет построен, и что это будет реально выглядеть? Что пучки будут сталкиваться и на какой энергии? Ну, это хорошие вопросы. Мы не достаточно далеко в разработке и принятии решений, чтобы получить ответы, но есть два очень крупных и опытных групп физиков думать о проблемах, а они у каждого созданного предложения для нового ускорителя. Одно из предложений, во многом обусловлено европейскими исследовательскими группами, возомнивших дом большой дополнительный ускоритель, скорее всего, находится в лаборатории ЦЕРН, недалеко от Женевы.

Под одну идею, помещения противоречило бы луч электроны и античастицы электронов. Из-за разницы между ускорением протонов по сравнению с электронами — электронный пучок теряет больше энергии вокруг кольцевой структуры, чем протонного пучка делает — этот пучок будет использовать 61-километровый тоннель, но работать с меньшей энергией, чем если бы это были протоны. Еще одно предложение было бы использовать тот же 61-километровый ускоритель к столкновениям пучков протонов. Более скромное предложение будет повторно использовать текущий туннеля коллайдера, но с более мощными магнитами. Этот вариант только двойной энергии столкновения, что бак можно сделать прямо сейчас, но это менее дорогостоящая альтернатива. [Изображение: внутри верхней лаборатории физики в мире] еще одно предложение, во многом отстаивал китайскими исследователями, представляет совершенно новый завод, предположительно построенных в Китае. Этот ускоритель также будет около 61 миль вокруг, и это было столкновение электрона и античастицы электронов вместе, до перехода в протон-протонных столкновениях в 2040.

Эти два потенциальных проектов еще не стадии переговоров. В конце концов, ученые, делающие эти предложения должны найти правительство или группа правительств, готовых платить по счетам. Но прежде чем это произойдет, ученые должны определить возможности и технологии, необходимые, чтобы сделать эти новые возможности можно. Недавно обе группы выпустили обширную и подробную документацию о своих проектах. Этого недостаточно, чтобы строить свои предлагаемые услуги, но это достаточно хорошо, чтобы оба сравнения прогнозируемой выступления будущих лабораторий и собрать достоверные прогнозы стоимости.

Исследуя границы знания-это сложно, и это может занять многие десятилетия с первого мечтает построить объект такого масштаба, посредством операции для завершения работы на объекте. Как мы отмечаем 10-летний юбилей первого пучка в коллайдере, это стоит того, что объект завершен и что принесет нам будущее. Мне кажется, там будет интересно данные для следующего поколения ученых к исследованию. И возможно, только возможно, мы узнаем несколько интереснейших тайн природы.

  • Фото: крупнейший в мире Сокрушитель атомов (бак)
  • Изображение: внутри лучших лабораторий в мире
  • Изображения: самые красивые в мире уравнений

Первоначально опубликовано на прямую науки.

Дон Линкольн-физика научный сотрудник лаборатории Ферми. Он является автором «Большой Адронный Коллайдер: необыкновенная история бозона Хиггса и другие вещи, которые взорвут ваш ум» (Джонс Хопкинс Юниверсити пресс, 2014), и он выпускает серию научного образования видео. Следовать за ним на Facebook. Мнения, выраженные в этом комментарии, являются его.

Дон Линкольн подготовил эту статью, чтобы жить научного экспертного голоса: ОП-Эд & выводы.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *