Senki sem zavarja a Hadron ütközőt. Ez a mai kor legfontosabb részecske-összetörője, és semmi sem érinti az energiaképességét vagy a fizika határainak tanulmányozására való képességét. De minden dicsőség átmeneti, és semmi sem tart örökké. Végül, valahol 2035 körül, ennek a 17 mérföld hosszú (27 kilométer) áramkörnek a fényei kialszanak. Mi jön utána?
A világ minden tájáról versengő csoportok finanszírozzák a pénzügyi támogatást, hogy kedvtelésből tartott állataik ötleteit a következő nagy dologvá tegyék. Az egyik mintát augusztus 13-án írták le egy arXiv előnyomtató folyóiratban. A Compact Linear Collider néven (vagy CLIC-ként, mert ez aranyos) ismert, a javasolt hatalmas, szubatómiai sínpisztoly tűnik az első helyezett. Mi a valódi természete a Higgs-bozonnak? Mi a kapcsolata a felső kvarcmal? Találhatunk-e fizikai tippeket a standard modellön túl? A CLIC képes válaszolni ezekre a kérdésekre. Csak egy részecske-ütközőt vesz igénybe, mint Manhattan.
Szubatomikus versenyzés
A nagy hadronder ütköző (LHC) összetöri kissé nehéz részecskéket, amelyeket hadronoknak hívnak (ezért a létesítmény neve). Van egy csomó hadron a testében; a protonok és a neutronok a leggyakoribb képviselői annak a mikroszkopikus klánnak. Az LHC-n körbe-körbe a hadronok óriási körben haladnak, amíg meg nem közelítik a fénysebességet és nem kezdik el összetörni. Bár lenyűgöző - az LHC olyan energiákat ér el, amelyek páratlanok a Föld bármely más készülékéhez képest - az egész viszony ennyire rendetlen. Végül is a hadronok konglomerátum részecskék, csupán zsák más, finomabb, alapvetõbb dolgok, és amikor a hadronok összetörtek, minden bél átömlõdik az egész helyre, ami bonyolítja az elemzést.
Ezzel szemben a CLIC-t úgy tervezték, hogy sokkal egyszerűbb, tisztább és sebészetibb legyen. Hasronok helyett a CLIC felgyorsítja az elektronokat és a pozitronokat, két könnyű, alapvető részecskét. És ez a szétzúzó egyenes vonalban gyorsítja fel a részecskéket, bárhol a végső kialakítástól függően 7–31 mérföldre (11–50 km), közvetlenül a hordón.
Mindez a csodálatosság nem egyszerre történik meg. A jelenlegi terv szerint a CLIC 2035-ben alacsonyabb kapacitással jár, még akkor is, amikor az LHC lejár. Az első generációs CLIC csupán 380 gigaelektronvolten (GeV) fog működni, ami kevesebb, mint az LHC maximális teljesítményének harmada. Valójában, még a CLIC teljes működési teljesítménye, amely jelenleg 3 teraelektronvoltra (TeV) irányul, kevesebb, mint egyharmada annak, amit az LHC jelenleg képes megtenni.
Tehát, ha egy fejlett, következő generációs részecske-ütköző nem tudja legyőzni azt, amit ma meg tudunk tenni, mi az értelme?
Higgs vadász
A CLIC válasza az, hogy okosabban dolgozzon, és ne keményebben. Az LHC egyik fő tudományos célja a Higgs-bozon megtalálása volt, a régóta keresett részecske, amely más részecskéket kölcsönöz a tömegükhöz. Még az 1980-as és 1990-es években, amikor az LHC-t tervezték, nem voltunk biztosak abban, hogy a Higgs még létezik, és fogalmunk sem volt arról, hogy mi a tömege és más tulajdonságai. Tehát ki kellett építeni egy általános célú eszközt, amely számosféle interakciót megvizsgálhatott volna, amelyek mindegyike felfedheti a Higgs-ot.
És megcsináltuk. Hurrá!
De most, hogy tudjuk, hogy a Higgs valódi dolog, az ütközőket sokkal szűkebb kölcsönhatásokra állíthatjuk be. Ennek során arra törekszünk, hogy minél több Higgs-boszont elkészítsük, halom lédús adatot gyűjtsünk és sokkal többet megtudjunk erről a titokzatos, de alapvető részecskéről.
És itt jön a fizika zsargon talán a legkülönlegesebb része, amelyet valószínűleg találkozol ezen a héten: Higgsstrahlung. Igen, ezt olvastam jól. A részecskefizikában bremsstrahlung néven ismert folyamat, amely egyedülálló fajta sugárzás, amelyet egy apró dobozba becsavarodott forró részecskék raknak össze. Analógia útján, amikor egy elektront egy nagy energiájú helyzetbe csap be, az energia és az új részecskék zuhanyában elpusztítják egymást, köztük egy Z-bozont és egy Higgot. Ezért, Higgsstrahlung.
A 380 Gevnél a CLIC Higgsstrahlung gyár extraordinátora lesz.
A felső kvarcon túl
Az új cikkben Aleksander Filip Zarnecki, a lengyelországi varsói egyetem fizikusa és a CLIC együttműködés tagja elmagyarázta a létesítmény kialakításának jelenlegi helyzetét, az érzékelők kifinomult szimulációi és a részecske-ütközések alapján.
A CLIC-nál az a remény, hogy ha csak annyi Higgs-bozont állít elő, amennyire csak lehetséges egy tiszta, könnyen tanulmányozható környezetben, megismerhetjük a részecskét. Van egynél több Higgs? Beszélnek egymással? Mennyire erős a Higgs kölcsönhatása a szokásos modell többi részecskéjével, amely a szubatómiai fizika alapvető elmélete?
Ugyanezt a filozófiát kell alkalmazni a felső kvarkra, a kvarkok legkevésbé jól megértett és legritkább elemére. Valószínűleg soha nem hallottál a felső kvarcról, mert ez egyfajta magányos - ez volt az utolsó kvarc, amelyet fedeztek fel, és csak ritkán látunk. A CLIC még a kezdeti szakaszokban körülbelül 1 millió top kvarkot fog előállítani, amely statisztikai hatalmat biztosít az LHC és más mai ütközők használatakor. Innentől kezdve a CLIC mögött álló csapat azt reméli, hogy megvizsgálja, hogyan bomlik a felső kvarc részecske, ami nagyon ritkán fordul elő. De millióukkal valószínűleg megtanulhat valamit.
De ez még nem minden. Persze, egy dolog a Higgs és a top kvarc pontosítása, ám a CLIC intelligens kialakítása lehetővé teszi, hogy átlépje a standard modell határait. Eddig az LHC új részecskék és új fizika kutatása során szárazon jött. Jóllehet még rengeteg év van hátra, hogy meglepjen minket, az idő múlásával a remény csökken.
Számtalan Higgs-bozon és felső kvarc nyers előállításán keresztül a CLIC új fizikára mutat utalásokat. Ha van valamilyen egzotikus részecske vagy kölcsönhatás, akkor finoman befolyásolhatja e két részecske viselkedését, lebomlását és kölcsönhatásait. A CLIC előállíthatja még a sötét anyagért felelős részecskét, az a titokzatos, láthatatlan anyagot, amely megváltoztatja az ég irányát. A létesítmény természetesen nem látja közvetlenül a sötét anyagot (mert sötét van), de a fizikusok észrevehetik, hogy amikor az energia vagy a lendület eltűnt az ütközés eseményeiről, az biztos jel, hogy valami funky folyik.
Ki tudja, mit fedezhet fel a CLIC? De nem számít, túl kell lépnünk az LHC-n, ha tisztességes esélyt akarunk megérteni világegyetem ismert részecskéinek és felfedezni néhány újat.
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, a "Kérdezz egy űrhajóstól" és "Space Radio, "és a"Helyed az univerzumban."
