Ядрените Детективи Ловуват Невидими Частици, Които Избягаха От Най-Големия Боен В Света Атом

{h1}

Големият адронов сблъсък не е намерил никаква нова физика след бозона на хигс. Екип от външни физици мислят, че знаят защо.

След няколко години, ако екип от физици си пробие път, сградата от клекове ще се издигне над границата между Франция и Швейцария. Това приложение за размери на склад ще се присъедини към научно съоръжение, толкова голямо, че преминава националните граници. И ако изследователите, които предлагат конструкцията, са правилни, то просто може да намери липсващите парчета от Вселената.

Отделена от няколкостотин вертикални стъпала от основен гранит от Големия адронен колайдер (LHC), новата сграда ще съдържа научен инструмент, наречен устройството MATHUSLA (Massive Timing Hodoscope for Ultra Stable Neutral Частици), кръстен на най-дълго живеещия човек в Книгата на Битие. Нейната работа: да ловува за дълговечни частици, които LHC не може да открие.

Има нещо странно в идеята. LHC е най-големият, най-лошият ускорител на частици в света: 17-мили (27 километра) пръстен от свръхпроводящи магнити, който 11 245 пъти в секунда хвърля няколко хиляди протона един към друг със значителни части от скоростта на светлината и след това винаги, когато се случи нещо интересно, записва резултата. [Отвъд Хигс: 5 други частици, които могат да дебнат във Вселената]

Връзката на MATHUSLA с тази огромна машина би приличала на тази на безобидна риба отстрани, прилепнала встрани от левиатан, всмукваща бездомни петна от отпадъчна храна, която се разлива от отворената уста на по-голямото същество. Но някои физици смятат, че чрез внимателно проучване на тези петна (в случая бездомни, дълголетни, високоенергийни частици, хвърляни през стените на LHC), MATHUSLA ще помогне за решаването на набор от проблеми, които има LHC, за увеличаващите се аларма на физици от частици, не успя да завладее.

Всичко това ще се случи, тоест, ако създателите на MATHUSLA успеят да намерят някой, който да плати за това.

Липсва физика

Квантовата Вселена в момента е пъзел с повечето части. Тези парчета учените вече са намерили и събрали - кваркове, неутрино, бозони, муон и тау лептон, фотон и глюон и най-известното - бозонът на Хигс - заедно се образуват картина, наречена стандартен модел. Но тази картина е странно оформена и пълна с дупки и намеци, че там трябва да се намери повече физика.

Една празнина е бозонът на Хигс. Както обясни Дейвид Къртин, професор от Университета в Торонто и един от инициаторите на концепцията MATHUSLA, Хигс просто не е толкова масов, колкото прогнозира квантовата физика. И така, настоящият модел на Вселената изискваше голяма, произволна на пръв поглед „корекция“ в уравнения, свързани с Хигс.

Вековният опит казва на учените, че корекции като тези обикновено са за неща, които изследователите все още не разбират. Космологичната константа на Алберт Айнщайн беше пример, идея, че той се придържа към теорията си за обща относителност, за да отчете това, което учените откриха по-късно, че са ефектите на разширяващата се вселена - нещо, което Айнщайн никога не е подозирал и по-късно съжаляваше, че не очаква. [8 начина да видите теорията на относителността на Айнщайн в реалния живот]

Физиците, обясни Къртин, подозират, че странно малката маса на Хигс предполага, че други, неоткрити частици са там, които влияят върху него. Тази и други странни пукнатини в реалността - като всички изчезнали, мистериозни маси във Вселената, които учените наричат ​​тъмна материя - предполагат, че все още има много физика, която физиците все още не са виждали.

Целта на LHC беше да попълни тези пропуски в пъзела на Вселената.

Джеси Шелтън, теоретичен физик от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн, който помогна за редактирането на бяла книга MATHUSLA, заяви, че досега - с важното изключение от самото откриване на Хигс бозон - LHC е разочарование. Появи се Хигс, но оттогава, дори след поредица от модернизации на машината, ловът на нови частици не доведе до нищо.

Това може да е така, защото хората са изчерпали запасите от частици, които някога ще успеем да открием. Или може да се окаже, че LHC, може би поради проблеми с детекторите му или защото лъчът му е твърде слаб, просто не е в изпълнение на задачата, каза тя.

"Има абсолютно нещо ново. Тъмната материя ни казва това. За съжаление, ние нямаме никаква гаранция, че каквото и да е там, трябва да разговаря с нас при темпове, които можем да открием в LHC", каза Шелтън пред WordsSideKick.com

И докато LHC, с разходите на десетки милиарди долари, не успее да открие нова физика извън Хигс, каза тя, ще бъде трудно да се оправдае изграждането на по-големи детектори в бъдеще. [Снимки: Най-големият в света Atom Smasher (LHC)]

„В момента имаме нужда от нови идеи“, каза тя.

Голямата нова идея

Още през април Шелтън застана пред тълпа физици на голямата среща на Американското физическо общество (APS) в Колумб, Охайо, и твърди, че LHC може вече да е създал липсващи частици, но може би не е в състояние да ги открие. Това е така, защото всички сензори на LHC са калибрирани, за да открият конкретен вид събитие:

При високоенергийния сблъсък на два протона се появява екзотична частица. Той разпада умопомрачително кратко време по-късно в по-стабилни, по-малко екзотични частици, които се разминават във всички посоки в звезден изриг. Тези частици преминават през йонизиращи плочи и мигащи кристали, заобикалящи лъча на коллайдера, и специфичният им модел предлага на физиците улики за това от каква екзотична частица са дошли.

Показване на протон-протонен сблъсък, направен в LHCb детектора в ранните часове на 9 май 2016 г.

Показване на протон-протонен сблъсък, направен в LHCb детектора в ранните часове на 9 май 2016 г.

Кредит: LHCB

LHC вече може да вземе подписи на дълговечни частици с известно прекалибриране, каза Шелтън. Дори обикновено дълготрайна частица понякога бързо ще се разпадне. А някои дълготрайни частици могат да оставят сигнални знаци в сензорите, преди да се разпадат. Откриването им може да бъде въпрос на повторно калибриране на детекторите и алгоритмите. Shelton нарече този план, използвайки LHC „off label“. [Какво е квантова механика] Но може би, твърди Шелтън, липсващите екзотични частици не се разпадат толкова бързо, както се надяваха дизайнерите на LHC. Може би съществуват спекулативни частици като "глунос" и "композитни тъмни клейболи" и се появяват в LHC, но не се разпадат в тесния му тунел. Ако глюино, например, може да оцелее дори с няколко части от секундата по-дълго, отколкото физиците очакваха, той може - движейки се със значителна част от светлинната скорост - да пробие стените на уреда, да пропътува стотици ярдове през твърдия гранит, погребващ LHC и си проправи път към френско-швейцарското слънце, преди да се разпадне някъде сам в гората. Следователно неговият подпис ще бъде далеч извън възможностите на LHC да открива. [Странни кварки и муони, о, мои! Най-малките частици на природата са разсечени]

Все пак тези изследователи смятат, че най-добрата надежда за откриване на дълголетни частици се крие в гората на френско-швейцарската граница. MATHUSLA, по същество висок 65 фута (20 метра) склад, пълен с детектори за частици, седящи на върха на LHC, ще изследва частици, които избягат изцяло от LHC.

С дебел под от гранит, отделящ LHC лъча от MATHUSLA, по-голямата част от подвижния, радиоактивен хаос на LHC ще изчезне. Само сравнително редките изскачания на дълголетни частици, движещи се през Земята и в сензорната камера, ще трябва да открият.

"Ако една невидима частица се появи и се разпадне, видимите частици [тя се разпада] ще се превърнат в някакъв вид срещу тавана", каза Къртин. "Слоевете [детектори] ще виждат тези песни по абсолютно същия начин като тракерите вътре в LHC долу. Но този [детектор масив] е много по-голям и може да си позволи да бъде много по-бавен."

Терена

С по-малко частици за откриване в по-голяма зона на откриване, MATHUSLA може да създаде много подробни снимки на екзотични частици, разпадащи се вътре в нея - стига наистина да има екзотични частици, които да открият.

"Ти просто чакаш там. Птиците цвиркат. И тогава, изведнъж, има..." Къртин издаде бързия плъх-тат звук на картечница, или в този случай, може би, заредените частици излетяха от гниене на глюино.

Поради този бавен темп и по-голямо пространство, каза Куртин, електрониката и инженерството, необходими за MATHUSLA, са много по-прости от тези в самия LHC.

"Не е евтино", призна той. "Но това не е лудо."

В мащаба, който той и колегите му предвиждат, той трябва да влезе само в част от цената на многомилиардния LHC отдолу - някъде в основния парк от 50 милиона долара, каза той. Дизайнерите на MATHUSLA се надяват, че CERN, Европейската организация за ядрени изследвания, която управлява LHC, ще поеме законопроекта. Но те също се надяват на безвъзмездни средства от неевропейски страни или може би отделни богаташи.

"[LHC] вече може да прави тези неща", каза той и извика малко. "Платихме цената, за да ги направим! Платили сме 10 милиарда долара за коллайдера! Вече ги правим - може би искам да кажа, знаете... "

Гласът му се разнесе за момент, преди да се върне с: „Колко тъпо бихме се чувствали, ако просто не похарчихме този допълнителен долар, за да накараме детектора да види всъщност какво сме направили ?!“

Шелтън също каза, че LHC се нуждае от допълнителния детектор. Но тя разказа загрижеността, свързана с това „може би“ и защо все още смята, че проектът е оправдан.

"Ако сме песимисти и ще кажем, че може би няма нищо там", каза тя, "искам да знам, че наистина не е там и не липсва, само защото сме забравили да погледнем."

Първоначално публикувано на Наука на живо.


Видео Добавка: .





Научни Открития

Изследване


Наука Новини




Популярни Категории


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com