Po Higso, „Ramped-Up Collider“ Medžioklė Dėl Kito Galvosūkio

{h1}

Ką lhc suras kontroliuodamas ankstyvosios visatos galią?

Donas Linkolnas yra vyresnysis mokslininkas JAV Energetikos departamento „Fermilab“ - didžiausioje Amerikoje - „Large Hadron Collider“ tyrimų įstaigoje. Jis taip pat rašo apie mokslą visuomenei, įskaitant naujausius „Didelis hadronų susidūrėjas: nepaprastas Higso Bosono pasakojimas ir kiti dalykai, kurie sujaudins jūsų mintis" (Johns Hopkins University Press, 2014 m.). Galite sekti paskui jį Facebook. Šį straipsnį „Lincoln“ pridėjo prie „WordsSideKick.com's“ Ekspertų balsai: op-ed ir įžvalgos.

Kai kur po Prancūzijos ir Šveicarijos siena du protonai turi datą su likimu. Įstrigę didžiausio ir galingiausio pasaulyje dalelių greitintuvo didžiojo hadronų kolliderio (LHC) viduje, jie eina žiediniu keliu priešingomis kryptimis ir greičiu, esančiu labai arti šviesos greičio.

Artėjant vienas kitam jų likimas aiškus: susidūrimas neišvengiamas. Galima įsivaizduoti, kad smūgis tarp dviejų protonų gali atrodyti kaip subatominių biliardo kamuoliukų susidūrimas. Tačiau mikrorealizmo taisyklės visiškai skiriasi nuo to, ką siūlytų pažįstama intuicija, suformuota kampe esančiame bare. [Oho! Žiūrėkite drono skraidymą per didžiausią pasaulyje „Atom Smasher“

CMS eksperimento metu LHC užfiksuotas vienas iš pirmųjų dalelių susidūrimų esant 13 trilijonų elektronų voltams (teraelektronams ar TeV).

CMS eksperimento metu LHC užfiksuotas vienas iš pirmųjų dalelių susidūrimų esant 13 trilijonų elektronų voltams (teraelektronams ar TeV).

Kreditas: CERN

Susidūrimas su sėkme

Po daugiau nei dvejų metų pertraukos LHC vėl veikia ir veikia. Po plačios atnaujinimo, modifikavimo ir atnaujinimo programos akseleratorius iš esmės yra visiškai naujas įrenginys. LHC, veikianti beveik dvigubai daugiau energijos ir padauginusi susidūrimų skaičių per sekundę, sukurs susidūrimus keturių didžiulių eksperimentų centruose, kurių kiekvienas bus pasiruošęs atrasti šimtmetį.

Nuo Einšteino 1905 m. Raštų apie reliatyvumą, fizikai žinojo apie energijos ir masės lygiavertiškumą. Kaip aprašyta garsiojoje Einšteino lygtyje (E = mc2), energiją galima paversti materija ir atvirkščiai. Ir tai yra vienas didžiausių dalykų, nutikusių dalelių greitintuvo viduje. Didžiulė dviejų įeinančių spinduliuotės dalelių kinetinė (t. Y. Judančioji) energija paverčiama dalelių mase, kuri neegzistavo prieš susidūrimą.

Būtent tokiu būdu du protonai, kurių kiekviena turi mažą masę (apie 1 milijardas elektronų voltų techno miniai), gali susidurti ir padaryti Higso bozoną, kuris yra dalelė, kurios masė yra maždaug 125 kartus sunkesnė nei protonas. Protonų judesio energija tiesiogine prasme virsta labai sunkia dalele.

2011 m. CMS eksperimento metu užfiksuotas susidūrimas, kuris buvo kandidatas į Higso duomenis.

2011 m. CMS eksperimento metu užfiksuotas susidūrimas, kuris buvo kandidatas į Higso duomenis.

Kreditas: CERN

Kai LHC pradėjo veiklą 2010 m., Ji turėjo aiškią misiją. Du dideli eksperimentai, kurių kiekviename dalyvavo apie 3000 mokslininkų, daugiausia buvo skirti rasti Higso bozoną. Prognozuojamas 1964 m., Higso bozonas yra prijungtas prie Higso lauko, kuris, kaip manoma, suteikia masę pagrindinėms (t. Y., Taškinėms) subatominėms dalelėms. Rasti Higso bozoną reiškė, kad Higso lauko idėja buvo patvirtinta.

Iki jo atradimo, Higso bozonas buvo paskutinis trūkstamas nepaprastai sėkmingo standartinio dalelių fizikos modelio komponentas. Derinamas su Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija, standartinis modelis gali apibūdinti bet kokio matomo materijos elgesį - nuo materijos tavyje ir manyje iki didingų galaktikų, prižiūrimų per kosmosą.

Nors 2012 m. Higso bozono atradimas iš tiesų buvo didžiulė sėkmė mokslo bendruomenei, triumfas atėjo su nusivylimu. Tai paaiškinti paprasta: iš esmės Higso bozonas buvo tarsi paskutinis kūrinys, užbaigiantis „Standard Model“ dėlionę. Tačiau, kaip jums pasakys bet kuris galvosūkio entuziastas, galvosūkį gali sukurti skirtukai ir ruošiniai iš gabalų. Pakabinamas skirtukas suteikia jums užuominos, koks bus kitas gabalas. Bet baigtas galvosūkis nutyli, ką daryti toliau.

Lieka paslaptys

Nėra taip, kad fizikos pasaulyje neturime paslapčių. Stebėdami galaktikas, mes žinome, kad jos sukasi greičiau, nei galima paaiškinti žinomais gravitacijos dėsniais ir daiktais, kuriuos galime aptikti. Norėdami paaiškinti tą paslaptį, mes sugalvojome neprižiūrimą materijos formą, vadinamą tamsiąja materija. Pagrindinė tamsiosios medžiagos prigimtis tikrai yra didžiulė paslaptis.

Kita paslaptis kyla iš tos garsiosios Einšteino lygties, E = mc2. Iš tikrųjų sakoma, kad energiją pavertus materija, bus pagamintas toks pat kiekis antimedžiagos. Didžiojo sprogimo metu Visata buvo kupina energijos, ir ši energija virsta vienodais materijos ir antimaterijos kiekiais. Tačiau kai mokslininkai žvelgia į visatą, jie mato tik materiją. Taigi kur dingo antimaterija? Nors fizikai turėjo keletą užuominų iš ankstesnių eksperimentų, mes tikrai nežinome atsakymo. Tai dar viena paslaptis.

Yra ir kitų paslapčių, pavyzdžiui, įdomu, ar yra mažesnių visatos elementų nei tie, su kuriais mes dabar esame susipažinę. Ištyrę šio klausimo istoriją, mes sužinojome apie molekules, o po to atomus. Dešimtojo dešimtmečio pradžioje atlikti tyrimai atskleidė protonus, neutronus ir elektronus, o septintajame dešimtmetyje išryškėjo kvarkai ir leptonai, kurie šiuo metu laikomi mažiausiomis gamtos dalelėmis. Tačiau natūralu klausti, ar gali būti dar mažesnių statybinių blokų. Nors mokslininkai nežino atsakymo, turi būti kažkokia gilesnė ir fundamentalesnė fizika, galinti paaiškinti kvarkuose ir leptonuose matomus modelius. Atsakymas į šį klausimą yra dar viena paslaptis.

Inžinieriai dirba viename iš CMS detektorių planuojamo dvejų metų LHC išjungimo metu.

Inžinieriai dirba viename iš CMS detektorių planuojamo dvejų metų LHC išjungimo metu.

Kreditas: CERN

Smalsioji Higso bozono masė

Fizikai nežino atsakymo į bet kurį iš šių pagrindinių klausimų, ir, sąžiningai kalbant, gali būti, kad LHC mūsų nemokys apie tas gamtos paslaptis. Tačiau yra vienas klausimas, dėl kurio LHC duomenys yra tikrai lažybų.

Tai kyla iš paslapčių, kylančių apskaičiuojant Higso bozono masę. Kai mokslininkai bando apskaičiuoti šią vertę tiesiogiai iš teorijos, rezultatas yra daug didesnis, nei rodo LHC duomenys.

Dėl kvantinės mechanikos dėsnių, Higso bozonas gali svyruoti į kitų rūšių daleles (pvz., Viršutinį kvarką, W ir Z bozonus ir net Higso bozonų poras). Toks elgesys lemia Higso bozono masės, artimesnės Plancko masei, prognozę, kuri yra šimtą kvadrilijonų kartų sunkesnė už masę, kurią išmatavo mokslininkai. (Plancko masė yra didžiausia masė, kurią mūsų dabartinės teorijos gali pritaikyti, ir žymi ribą, kurią peržengus esame tikri, kad turėsime viską pergalvoti.)

Akivaizdu, kad tai yra problema, ir fizikai keletą dešimtmečių praleido įsivaizduodami galimus paaiškinimus, dar prieš Higso bozono atradimą. (Galų gale, dar anksti buvo aišku, kad ši problema egzistuos, jei Higso bozonas turėtų masę, kurią būtų galima aptikti.)

Supersimetrija

Populiariausias teorinis paaiškinimas yra principas, vadinamas supersimetrija. Ši idėja iš esmės postuluoja, kad jėgas nešantys bozonai (dalelės, turinčios subatominį sukinį, kurio sveikasis skaičius yra multiple, kuris yra natūralus sukimosi vienetas kvantiniame pasaulyje). Pvz., Sukimosi 1 × ħ fotonai ir medžiagas pernešančios fermionai (dalelės, turinčios pusę sveikojo skaičiaus subatominio sukinio, pvz., Sukinio elektronai, kurių sukinys yra 1/2 x ħ), teorijoje turėtų pasirodyti simetriškai. Tai reiškia, kad jei jūs pakeisite visus fermiono ir bosono simbolius, lygtis išliks nepakitusi. Iš esmės tai daro jėgas ir materiją lygiomis teisėmis, todėl jas konceptualiai galima pakeisti.

Po Higso, „Ramped-Up Collider“ medžioklė dėl kito galvosūkio: ramped-up

Supersimetrijos teorijose išryškėja naujas dalelių rinkinys, pažįstamo Standartinio modelio dalelių pusbroliai. Supersimetrija sako, kad pažįstami kvarkai ir leptonai turi būti su naujomis, susijusiomis dalelėmis, kuriuos dabar fizikai vadina kvarkais ir sleptonais. Panašiai turi egzistuoti supersimetriniai fotono ir gluono analogai, vadinami fotinu ir gliino.

Atminkite, kad niekada nebuvo rasta jokių tiesioginių įrodymų apie šių supersimetriškų dalelių egzistavimą. Tačiau jei tokių egzistuoja, mokslininkai gali naudoti šių dalelių kvantines mechanines savybes, kad panaikintų pažįstamų dalelių indėlį į Higso bozono masės apskaičiavimą. Atsižvelgiant į kitų dalelių supersimetriją, skaičiavimai lemia numatytą mažą Higso bozono masę pagal išmatavimus.

Pirmuosius užfiksuotus susidūrimus CERN LHC valdymo centre mokslininkai švenčia 2015 m. Birželio 3 d.

Pirmuosius užfiksuotus susidūrimus CERN LHC valdymo centre mokslininkai švenčia 2015 m. Birželio 3 d.

Kreditas: CERN

Kai kurių mokslininkų entuziazmą dėl supersimetrijos slopino tai, kad nepastebėtos supersimetriškos dalelės. Taigi tyrėjai tyrinėja kitas galimybes, pavyzdžiui, idėjas, kad gali egzistuoti papildomi kosmoso matmenys arba kad Higso bozonas galėtų joje apimti mažesnes daleles. Šios ir kitos idėjos yra alternatyvūs metodai, kaip sutramdyti neteisingas Higso bozono masės prognozes.

Cituojant garsųjį filosofą Yogi Berra, sunku prognozuoti, ypač apie ateitį. Taigi sunku tiksliai žinoti, kokie atradimai bus padaryti LHC. Tačiau panašu, kad Higso bozono masės paslaptis yra perspektyviausia gija, kuria mokslininkai gali vilkėti. Tikimės, kad tinkamas vilkikas leis mums išardyti esamą standartinį modelį ir leis mums megzti dar geresnę teoriją. Tik laikas parodys, ar mums pasiseks.

Sekite visas „Expert Voices“ problemas ir diskusijas - ir tapkite diskusijos dalimi „Facebook“, „Twitter“ ir „Google+“. Išreikštos autoriaus nuomonės ir nebūtinai atspindinčios leidėjo nuomones. Ši straipsnio versija iš pradžių buvo paskelbta „WordsSideKick.com“.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Kaip Veikia Nusikaltimų Scenų Fotografija
Kaip Veikia Nusikaltimų Scenų Fotografija

Jav Kariškiai Šnipinėdami Šiaurės Korėją Naudos Dronus
Jav Kariškiai Šnipinėdami Šiaurės Korėją Naudos Dronus

Mokslas Naujienos


Sukilimas Avilyje: Kodėl Darbininkai Vapsvos Kartais Žudo Savo Karalienes?
Sukilimas Avilyje: Kodėl Darbininkai Vapsvos Kartais Žudo Savo Karalienes?

Vaikiška Meilė! Kaip Kūdikio Gyvūno Nuotraukos Galėtų Padėti Jūsų Santuokai
Vaikiška Meilė! Kaip Kūdikio Gyvūno Nuotraukos Galėtų Padėti Jūsų Santuokai

3–5 Kavos Puodeliai Per Dieną Gali Sumažinti Širdies Priepuolių Riziką
3–5 Kavos Puodeliai Per Dieną Gali Sumažinti Širdies Priepuolių Riziką

Didžiulis Marsupial Liūtas Terorizavo Senovės Australiją, Šeštadienį Žaviai Ant Jos Uodegos
Didžiulis Marsupial Liūtas Terorizavo Senovės Australiją, Šeštadienį Žaviai Ant Jos Uodegos

Nuogas Tarnas, Pavaizduotas Naujai Atrastoje 2200 Metų Kapo Freskoje
Nuogas Tarnas, Pavaizduotas Naujai Atrastoje 2200 Metų Kapo Freskoje


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com