Никто не портит Большой адронный коллайдер. Это высший разрушитель частиц современности, и ничто не может коснуться его энергетических возможностей или способности изучать границы физики. Но вся слава преходящи, и ничто не вечно. В конце концов, где-то около 2035 года, огни в этом кольце силы длиной в 17 миль (27 километров) погаснут. Что будет после этого?
Конкурирующие группы по всему миру борются за финансовую поддержку, чтобы сделать свои идеи о любимых коллайдерах очередной большой вещью. Один дизайн был описан 13 августа в статье в журнале препринтов arXiv. Известный как Компактный Линейный Коллайдер (или CLIC, потому что это мило), предлагаемая массивная, субатомная рельсовая пушка, кажется, является лидером. Какова истинная природа бозона Хиггса? Какое отношение это имеет к верхнему кварку? Можем ли мы найти какие-либо намеки на физику за пределами стандартной модели? CLIC может ответить на эти вопросы. Он включает в себя только коллайдер частиц дольше, чем Манхэттен.
Субатомные драг-рейсинг
Большой адронный коллайдер (LHC) разбивает вместе несколько тяжелые частицы, известные как адроны (отсюда и название объекта). У вас есть куча адронов внутри вашего тела; протоны и нейтроны являются наиболее распространенными представителями этого микроскопического клана. На LHC кругом адроны идут гигантским кругом, пока не приблизятся к скорости света и не начнут разбивать. В то время как внушительный - LHC достигает энергий, непревзойденных любым другим устройством на Земле - все дело немного грязно. В конце концов, адроны - это конгломератные частицы, просто мешки с другими, более мелкими, более фундаментальными вещами, и когда адроны разбиваются, все их кишки разливаются повсюду, что усложняет анализ.
В отличие от этого, CLIC разработан, чтобы быть намного проще, чище и более хирургическим. Вместо адронов CLIC будет ускорять электроны и позитроны, две легкие фундаментальные частицы. И этот сокрушитель будет ускорять частицы по прямой линии, где-нибудь от 7 до 31 мили (11-50 км), в зависимости от окончательной конструкции, прямо вниз по стволу.
Вся эта удивительность не случится внезапно. Текущий план предусматривает, что CLIC начнет работать с меньшей пропускной способностью в 2035 году, как раз в тот момент, когда LHC сворачивается. CLIC первого поколения будет работать при 380 гигаэлектронвольтах (ГэВ), что составляет менее одной трети максимальной мощности LHC. Фактически, даже полная эксплуатационная мощность CLIC, которая в настоящее время рассчитана на 3 тераэлектронвольта (ТэВ), составляет менее трети от того, что LHC может сделать сейчас.
Итак, если продвинутый коллайдер частиц следующего поколения не может превзойти то, что мы можем сделать сегодня, какой смысл?
Хиггс хантер
Ответ CLIC - работать умнее, а не усерднее. Одна из главных научных целей LHC состояла в том, чтобы найти бозон Хиггса, долгожданную частицу, которая придает другим частицам их массу. Еще в 1980-х и 1990-х годах, когда разрабатывался LHC, мы не были уверены, что Хиггс вообще существует, и мы не знали, какова его масса и другие свойства. Таким образом, нам пришлось создать инструмент общего назначения, который мог бы исследовать многие типы взаимодействий, которые потенциально могли бы выявить Хиггса.
И мы сделали. Ура!
Но теперь, когда мы знаем, что Хиггс - реальная вещь, мы можем настроить наши коллайдеры на гораздо более узкий набор взаимодействий. Таким образом, мы стремимся произвести как можно больше бозонов Хиггса, собрать кучу сочных данных и узнать гораздо больше об этой таинственной, но фундаментальной частице.
И вот, пожалуй, самый странный физический жаргон, с которым вы, вероятно, столкнетесь на этой неделе: Higgsstrahlung. Да, вы правильно прочитали. В физике элементарных частиц существует процесс, называемый тормозным излучением, который представляет собой уникальный вид излучения, создаваемого группой горячих частиц, помещенных в крошечный ящик. По аналогии, когда вы отбрасываете электрон в положение с высокими энергиями, они разрушают друг друга в потоке энергии и новых частиц, среди которых Z-бозон в паре с хиггсом. Следовательно, Higgsstrahlung.
В 380 Гэв CLIC будет экстраординарным заводом Higgsstrahlung.
За пределами верхнего кварка
В новой статье Александр Филип Зарнецкий, физик из Варшавского университета в Польше и член коллаборации CLIC, объяснил текущее состояние проекта установки, основанное на сложной имитации детекторов и столкновений частиц.
Надежда с CLIC состоит в том, что, просто производя как можно больше бозонов Хиггса в чистой, легкой для изучения среде, мы можем узнать больше о частице. Есть ли более одного Хиггса? Они разговаривают друг с другом? Насколько сильно Хиггс взаимодействует со всеми другими частицами Стандартной Модели, основной теории субатомной физики?
Та же философия будет применяться к верхнему кварку, наименее понятному и редкому из кварков. Вероятно, вы мало что слышали о верхнем кваркере, потому что это своего рода одиночка - это был последний из найденных кварков, и мы редко видим его. Даже на начальных этапах CLIC будет производить около 1 миллиона топ-кварков, обеспечивая статистическую мощность, неслыханную при использовании LHC и других современных коллайдеров. Оттуда, команда позади CLIC надеется исследовать, как распадается частица верхнего кварка, что происходит очень редко. Но с миллионом из них вы просто сможете чему-то научиться.
Но это не все. Конечно, одно дело - выделить Хиггса и верхний кварк, но продуманный дизайн CLIC позволяет ему выйти за пределы Стандартной модели. До сих пор LHC безуспешно пытался найти новые частицы и новую физику. Хотя у нас еще много лет, чтобы удивлять нас, с течением времени надежда истощается.
Благодаря своему сырому производству бесчисленных бозонов Хиггса и главных кварков, CLIC может искать подсказки новой физики. Если есть какая-то экзотическая частица или взаимодействие, это может незаметно повлиять на поведение, распады и взаимодействия этих двух частиц. CLIC может даже произвести частицу, ответственную за темную материю, эту таинственную, невидимую материю, которая изменяет ход небес. Конечно, объект не сможет видеть темную материю напрямую (потому что она темная), но физики могут определить, когда энергия или импульс пропали из-за столкновений, что является верным признаком того, что происходит что-то необычное.
Кто знает, что может открыть CLIC? Но несмотря ни на что, мы должны выйти за пределы LHC, если мы хотим получить достойный шанс понять известные частицы нашей вселенной и открыть некоторые новые.
Пол М. Саттер является астрофизиком в Государственный университет Огайо, хозяин "Спроси космонавта" и "Космическое Радио, "и автор"Ваше место во Вселенной."
