Ніхто не псується з Великим адронним колайдером. Це найвища рушниця частинок сьогодення, і ніщо не може торкнутися її енергетичних можливостей або здатності вивчати межі фізики. Але вся слава минуща, і ніщо не триває вічно. Врешті-решт, десь близько 2035 року вогні цього 17 кілометрового (27 кілометрового) кільця потужності згасне. Що настає після цього?
Змагаючі групи по всьому світу намагаються забезпечити фінансову підтримку, щоб зробити ідеї своїх коледжів для домашніх тварин наступною великою справою. Один дизайн був описаний 13 серпня у статті в журналі переддруку arXiv. Відомий як Компактний лінійний колайдер (або CLIC, тому що це мило), запропонований масивний субатомний рейковий пістолет, здається, передній. Яка справжня природа бозона Хіггса? Яке відношення до верхнього кварку? Чи можемо ми знайти будь-які натяки на фізику поза стандартною моделлю? CLIC, можливо, зможе відповісти на ці запитання. Він залучає лише колайдер частинок довше, ніж Манхеттен.
Субатомні перетягування
Великий адронний колайдер (LHC) розбиває разом дещо важкі частинки, відомі як адрони (звідси і назва об'єкта). Ви маєте купу адронів всередині свого тіла; протони та нейтрони - найпоширеніші представники цього мікроскопічного клану. У LHC круглі та круглі адрони йдуть по гігантському колу, поки вони не наближаються до швидкості світла і починають розгромити. Незважаючи на те, що LHC досягає енергії, незрівнянної будь-яким іншим пристроєм на Землі, - вся справа є безладним. Зрештою, адрони - це конгломератні частинки, просто мішки інших, крихітніших, більш фундаментальних речей, і коли адрони розбиваються, всі їхні кишки розливаються всюди, що робить аналіз складним.
На відміну від цього, CLIC призначений бути набагато простішим, чистішим та більш хірургічним. Замість адронів CLIC прискорить електрони та позитрони, дві легкі, основні частинки. І ця дробарка прискорить частинки по прямій лінії - десь від 7 до 31 миль (від 11 до 50 км), залежно від кінцевої конструкції, прямо вниз по стволу.
Вся ця дивовижність відбудеться не відразу. Поточний план полягає в тому, щоб CLIC почав працювати з меншою потужністю в 2035 році, саме тоді, коли LHC припиняється. CLIC першого покоління буде працювати на всього 380 гігаелектронвольт (GeV), менше однієї третини від максимальної потужності LHC. Насправді навіть повна експлуатаційна потужність CLIC, на даний момент орієнтована на 3 тераелектронвольта (TeV), становить менше третини того, що може зробити LHC зараз.
Отже, якщо передовий коллайдер частинок нового покоління не може перемогти те, що ми можемо зробити сьогодні, який сенс?
Мисливець на Хіггса
Відповідь CLIC - працювати розумніше, а не важче. Однією з головних наукових цілей LHC було знайти бозона Хіггса, давно шуканої частинки, яка надає іншим частинкам свою масу. Ще у 1980-х та 90-х роках, коли проектувався LHC, ми не були впевнені, що Хіггс навіть існував, і ми не мали уявлення, яка його маса та інші властивості. Тому нам довелося побудувати інструмент загального призначення, який би міг досліджувати багато типів взаємодій, які могли б потенційно виявити Хіггса.
І ми це зробили. Ура!
Але тепер, коли ми знаємо, що Хіггс - це реальна річ, ми можемо налаштувати наших коллайдерів на набагато вужчий набір взаємодій. Роблячи це, ми будемо прагнути виготовити якомога більше бозонів Хіггса, зібрати купу соковитих даних та дізнатись набагато більше про цю таємничу, але фундаментальну частинку.
І ось тут з'являється, мабуть, самий дивний жаргон фізики, з яким ви, мабуть, зіткнетеся на цьому тижні: Хіггсстрахлунг. Так, ви правильно прочитали. Існує процес у фізиці частинок, відомий як бремсстралюнг, який є унікальним видом випромінювання, що утворюється купою гарячих частинок, забитих у крихітний ящик. За аналогією, коли ти забиваєш електрон у положення з високими енергіями, вони руйнують один одного в душі енергії та нових частинок, серед них бозон Z в парі з Хіггсом. Отже, Хіггсстрахлунг.
В 380 Гв, CLIC стане додатковим заводом на заводі Higgsstrahlung.
Поза верхнього кварку
У новому документі Олександр Філіп Зарнецький, фізик Варшавського університету в Польщі та учасник співпраці CLIC, пояснив сучасний стан конструкції об'єкту на основі складних моделювань детекторів та зіткнень частинок.
Сподівання CLIC полягає в тому, що, просто виготовивши якомога більше бозонів Хіггса в чистому, легкому для вивчення середовищі, ми зможемо дізнатися більше про частинку. Чи більше одного Хіггса? Вони між собою розмовляють? Наскільки сильно взаємодіє Хіггс з усіма іншими частинками Стандартної моделі, основою теорії субатомної фізики?
Ця ж філософія буде застосована до верхнього кварка, найменш добре зрозумілого та найрідкіснішого з кварків. Ви, напевно, не чули багато про верхню кварку, тому що це свого роду одинокий - це був останній кварк, який було виявлено, і ми його бачимо лише рідко. Навіть на початкових етапах CLIC виробляє близько 1 мільйона топ-кварків, забезпечуючи статистичну потужність, яку не чують при використанні LHC та інших колайдерів сучасного часу. Звідти команда CLIC сподівається дослідити, як розпадається верхня частинка кварка, що трапляється дуже рідко. Але, маючи мільйон із них, ви просто зможете чомусь навчитися.
Але це ще не все. Зрозуміло, одна річ об'єднати Хіггса та топ-кварк, але розумний дизайн CLIC дозволяє йому просуватися за межі Стандартної моделі. Поки що LHC вийшов сухим у пошуках нових частинок та нової фізики. У той час, як ще залишається багато років, щоб нас здивувати, як час триває, надія зменшується.
Завдяки своєму сировинному виробництву незліченних високів Хіггса та топ-кварків, CLIC може шукати підказки нової фізики. Якщо там є якась екзотична частинка або взаємодія, це може непомітно впливати на поведінку, розпад та взаємодію цих двох частинок. CLIC може навіть створити частинку, відповідальну за темну речовину, таємничу, невидиму речовину, яка змінює хід неба. Звичайно, об'єкт не зможе бачити темну речовину (звичайно, тому що це темно), але фізики можуть помітити, коли енергія чи імпульс пропали під час зіткнення, що є впевненою ознакою того, що відбувається щось фанкі.
Хто знає, що може відкрити CLIC? Але незважаючи ні на що, ми повинні вийти за межі LHC, якщо хочемо гідного шансу на розуміння відомих частинок нашого Всесвіту та розкриття деяких нових.
Пол М. Саттер є астрофізиком в Державний університет штату Огайо, господар "Запитайте космонавта" і "Космічне радіо, "та автор"Ваше місце у Всесвіті."
