Nola atera fisikako impassetik?
Hurrengo belaunaldiko partikulen talkagailuak milaka milioi dolar kostatuko ditu. Europan eta Txinan horrelako gailuak eraikitzeko asmoa dago, baina zientzialariek zalantzan jartzen dute horrek zentzurik duen ala ez. Agian, fisikan aurrerapauso bat ekarriko duen esperimentatzeko eta ikertzeko modu berri bat bilatu beharko genuke?
Eredu Estandarra behin eta berriz baieztatu da, Hadron Talkatzaile Handian (LHC) barne, baina ez ditu fisikaren itxaropen guztiak betetzen. Ezin ditu azaldu materia ilunaren eta energia ilunaren existentzia bezalako misterioak, edo grabitatea zergatik den hain desberdina beste oinarrizko indarekiko.
Tradizionalki horrelako arazoei aurre egiten dien zientzian, badago hipotesi horiek baieztatzeko edo ezeztatzeko modurik. datu osagarrien bilketa - kasu honetan, teleskopio eta mikroskopio hobeetatik, eta agian guztiz berri batetik, are handiagoa super bumper deskubritzeko aukera sortuko duena partikula supersimetrikoak.
2012an, Txinako Zientzien Akademiako Goi Energiaren Fisika Institutuak super kontagailu erraldoi bat eraikitzeko plana iragarri zuen. Planifikatua Elektroi-positroien talkatzailea (CEPC) 100 km inguruko zirkunferentzia izango luke, LHCaren ia lau aldiz (1). Horren harira, 2013an, LHCko operadoreak, hau da, CERN-ek, talka-gailu berri baten plana iragarri zuen. Future Circular Collider (FCC).
1. Aurreikusitako CEPC, FCC eta LHC azeleragailuen tamaina alderatzea.
Hala ere, zientzialariak eta ingeniariak galdetzen ari dira proiektu hauek inbertsio handiak egitea mereziko ote duten. Chen-Ning Yang-ek, partikulen fisikako Nobel saridunak, duela hiru urte supersimetria berria erabiliz supersimetriaren aztarnak bilatzea kritikatu zuen bere blogean, "asmakizun-jokoa" deituz. Asmakizun oso garestia. Txinako zientzialari askoren oihartzuna jaso zuen, eta Europan, zientziaren argizaleek espiritu berean hitz egin zuten FCC proiektuaz.
Horren berri eman zion Gizmodori Sabine Hossenfelder Frankfurteko Ikasketa Aurreratuen Institutuko fisikariak. -
Talkatzaile indartsuagoak sortzeko proiektuen kritikariek diote egoera eraiki zenekoaren ezberdina dela. Garai hartan jakin zen bila ere ginela Bogs Higgs. Orain helburuak ez dira hain zehaztuta. Eta Higgsen aurkikuntzara egokitzeko berritutako Hadron Talkagailu Handiak egindako esperimentuen emaitzen isiltasuna - 2012tik aurrerapenik aurkitu gabe - negargarria da.
Horrez gain, bada ezaguna den datu bat, baina agian ez unibertsala LHCko esperimentuen emaitzei buruz dakigun guztia orduan lortutako datuen % 0,003 inguru baino ez da aztertzetik dator. Ezin genuen gehiago kudeatu. Ezin da baztertu jazartzen gaituzten fisikaren galdera handien erantzunak jada kontuan hartu ez dugun %99,997an egotea. Beraz, agian ez duzu hainbeste behar beste makina handi eta garestia bat eraikitzeko, baizik eta informazio askoz gehiago aztertzeko modua aurkitzeko?
Kontuan hartzekoa da, batez ere fisikariek kotxetik are gehiago ateratzea espero dutelako. Duela gutxi hasitako bi urteko geldialdiak (deiturikoak) talkagailua inaktibo mantenduko du 2021era arte, mantentze lanak ahalbidetuz (2). Ondoren, antzeko energiarekin edo zertxobait handiagoarekin funtzionatzen hasiko da, 2023an berritze handi bat jasan aurretik, 2026rako amaitzea aurreikusita.
Berritze honek mila milioi dolar balioko du (merke FCCren aurreikusitako kostuarekin alderatuta), eta bere helburua deiturikoak sortzea da. Argitasun Handia-LHC. 2030erako, horrek auto batek segundoko sortzen dituen talka kopurua hamar aldiz handitu dezake.
2. LHCko konponketa lanak
neutrino bat zen
LHCn detektatu ez zen partikula bat, hala espero zen arren, da WIMP (-ahulki elkarrekintzan dauden partikula masiboak). Hauek partikula astun hipotetikoak dira (10 GeV/s²-tik hainbat TeV/s²-ra, protoi-masa 1 GeV/s² baino apur bat txikiagoa den bitartean) materia ikusgaiarekin elkarreragin ahularen pareko indarrarekin elkarreragiten dutenak. Materia iluna izeneko masa misteriotsu bat azalduko lukete, unibertsoan materia arrunta baino bost aldiz ohikoagoa dena.
LHCn, datu esperimentalen % 0,003 horietan ez zen WIMPrik aurkitu. Hala ere, metodo merkeagoak daude horretarako, adibidez. XENON-NT esperimentua (3), lur azpian dagoen xenon likidozko kuba erraldoi bat Italian eta ikerketa sarera sartzeko prozesuan. Hego Dakotako LZ-ko xenon-ontzi handi batean, bilaketak 2020an hasiko dira.
Beste esperimentu bat deitzen zaio, erdieroale ultrahotzezko detektagailu supersentikorrez osatua SuperKDMS SNOLAB, 2020aren hasieran hasiko da datuak Ontariora kargatzen. Beraz, 20. mendeko XNUMXko hamarkadan partikula misteriotsu hauek azkenean "tiro egiteko" aukerak gero eta handiagoak dira.
Wimps ez dira zientzialariek bilatzen dituzten materia iluneko hautagai bakarrak. Horren ordez, esperimentuek neutrinoak bezala zuzenean behatu ezin diren axio izeneko partikula alternatiboak sor ditzakete.
Oso litekeena da hurrengo hamarkada neutrinoekin lotutako aurkikuntzei izatea. Unibertsoko partikula ugarienetakoak dira. Aldi berean, aztertzen zailenetarikoa, neutrinoek oso ahul elkarreragiten dutelako materia arruntarekin.
Zientzialariek aspalditik dakite partikula hau hiru zapore deiturikoak eta hiru masa-egoera bereiziz osatuta dagoela, baina ez datoz bat zaporeekin, eta zapore bakoitza mekanika kuantikoaren ondorioz hiru masa-egoeraren konbinazio bat da. Ikertzaileek masa horien esanahi zehatza eta usain bakoitza konbinatzen direnean zein ordenatan agertzen diren jakitea espero dute. bezalako esperimentuak KATHERINE Alemanian, datozen urteetan balio horiek zehazteko beharrezkoak diren datuak bildu behar dituzte.
3. XENON-nT detektagailu eredua
Neutrinoek propietate bitxiak dituzte. Espazioan bidaiatuz, adibidez, gustuen artean dabiltzala dirudi. Adituek Jiangmen Lurpeko Neutrinoen Behatokia Txinan, datorren urtean inguruko zentral nuklearretatik isuritako neutrinoei buruzko datuak biltzen hasiko direla aurreikusten baita.
Badago mota honetako proiektu bat Super-Kamiokande, Japonian behaketak denbora luzez egiten ari dira. AEBak neutrinoen proba guneak eraikitzen hasi dira. LBNF Illinoisen eta neutrinoekin esperimentu bat sakonean DUNA Hego Dakotan.
Herrialde anitzeko LBNF/DUNE finantzatutako 1,5 mila milioi dolarreko proiektua 2024an hasiko dela eta 2027rako guztiz martxan egotea espero da. Neutrinoaren sekretuak argitzeko diseinatutako beste esperimentu batzuk daude ETORBIDEA, Tennesseeko Oak Ridge Laborategi Nazionalean, eta oinarrizko neutrino programa laburra, Fermilab-en, Illinois.
Aldiz, proiektuan Kondaira-200, 2021ean irekitzea aurreikusita, neutrinorik gabeko beta desintegrazio bikoitz bezala ezagutzen den fenomenoa aztertuko da. Suposatzen da atomo baten nukleotik bi neutroi aldi berean desintegratzen direla protoietan, eta horietako bakoitzak elektroi bat kanporatzen du eta , beste neutrino batekin kontaktuan jartzen da eta suntsitzen da.
Erreakzio hori existituko balitz, neutrinoak beren antimateria direla frogatuko luke, zeharka unibertso goiztiarrari buruzko beste teoria bat baieztatuz - antimateria baino materia gehiago zergatik dagoen azalduz.
Fisikariek, azkenik, espaziora iragaten den eta unibertsoa hedatzea eragiten duen energia ilun misteriotsua ere aztertu nahi dute. Energia iluneko espektroskopia Tresna (DESI) iaz bakarrik hasi zen lanean eta 2020an abian jartzea espero da. Inkesta Sinoptikoko Teleskopio Handia Txilen, Zientzia Fundazio Nazionalak/Energia Sailak gidatuta, ekipamendu hau erabiltzen duen ikerketa-programa oso bat 2022an hasi beharko litzateke.
Bestalde (4), irteerako hamarkadako gertaera izatera bideratua, azkenean hogeigarren urteurreneko heroi bihurtuko da. Aurreikusitako bilaketez gain, energia ilunaren azterketan lagunduko du galaxiak eta haien fenomenoak behatuz.
4. James Webb teleskopioaren bistaratzea
Zer galdetuko diogu
Zentzu arruntean, fisikan hurrengo hamarkadak ez du arrakastarik izango hemendik hamar urtera erantzunik gabeko galdera berdinak egiten baditugu. Askoz hobea izango da nahi ditugun erantzunak eskuratzen ditugunean, baina baita galdera guztiz berriak sortzen direnean ere, ezin baitugu kontatu fisikak "ez daukat galdera gehiago" esango duen egoera batekin.
