Kimse Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ile uğraşmaz. Bu çağın en büyük parçacık parçalayıcısıdır ve hiçbir şey enerji yeteneklerine veya fiziğin sınırlarını inceleme yeteneğine dokunamaz. Fakat tüm görkem geçici ve hiçbir şey sonsuza dek sürmez. Sonunda, 2035 civarında bir yerde, bu 17 mil uzunluğundaki (27 kilometre) güç halkasındaki ışıklar sönecek. Bundan sonra ne geliyor?
Dünyanın dört bir yanındaki rakip gruplar, evcil hayvan çarpışan fikirlerini bir sonraki büyük şey haline getirmek için finansal destek sağlamak için jostling yapıyor. Bir tasarım 13 Ağustos baskı öncesi arXiv dergisinde yer alan bir makalede açıklanmıştır. Kompakt Lineer Çarpıştırıcı (veya şirin olduğu için CLIC) olarak bilinen önerilen devasa, atom altı raylı silah, ön koşucu gibi görünüyor. Higgs bozonunun gerçek doğası nedir? En üst kuark ile ilişkisi nedir? Standart Modelin ötesinde herhangi bir fizik ipucu bulabilir miyiz? CLIC bu soruları cevaplayabilir. Sadece Manhattan'dan daha uzun bir parçacık çarpıştırıcısı içerir.
Atomaltı drag yarışı
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), hadron olarak bilinen biraz ağır parçacıkları bir araya getirir (dolayısıyla tesisin adı). Vücudunuzda bir sürü hadron var; protonlar ve nötronlar bu mikroskobik klanın en yaygın temsilcileridir. LHC'de, yuvarlak ve yuvarlak hadronlar, ışık hızına yaklaşana ve parçalanmaya başlayana kadar dev bir daireye giderler. Etkileyici olsa da - LHC, dünyadaki herhangi bir cihaz tarafından eşsiz enerjilere ulaşır - tüm olay biraz dağınıktır. Sonuçta, hadronlar konglomera parçacıkları, sadece diğer torbalar, daha küçük, daha temel şeyler ve hadronlar parçalandığında, tüm bağırsakları her yere dökülür, bu da analizi karmaşık hale getirir.
Buna karşılık, CLIC çok daha basit, daha temiz ve daha cerrahi olacak şekilde tasarlanmıştır. Hadronlar yerine CLIC, iki hafif, temel parçacık olan elektronları ve pozitronları hızlandıracaktır. Ve bu parçalayıcı, nihai tasarıma bağlı olarak namludan aşağıya doğru, 7 ila 31 mil (11 ila 50 km) herhangi bir yerde düz bir çizgide parçacıkları hızlandıracak.
Bütün bu harikalar bir anda olmayacak. Mevcut plan, CLIC'nin 2035'te, LHC'nin düşmesi sırasında daha düşük kapasiteye ulaşmasıdır. Birinci nesil CLIC, LHC'nin maksimum gücünün otuzda birinden daha azı olan sadece 380 gigaelektronvoltta (GeV) çalışacaktır. Aslında, şu anda 3 teraelektronvolt (TeV) hedeflenen CLIC'in tam operasyonel gücü bile, LHC'nin şu anda yapabileceklerinin üçte birinden daha azdır.
Bu nedenle, gelişmiş, yeni nesil bir parçacık çarpıştırıcısı bugün yapabileceğimiz şeyi yenemezse, anlamı nedir?
Higgs avcısı
CLIC'in cevabı, daha fazla değil daha akıllıca çalışmaktır. LHC'nin temel bilim hedeflerinden biri, diğer parçacıklara kütlelerini ödünç veren uzun zamandır aranan parçacık olan Higgs bozonunu bulmaktı. 1980'lerde ve 1990'larda, LHC tasarlanırken Higgs'in var olduğundan bile emin değildik ve kütlesinin ve diğer özelliklerinin ne olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yoktu. Bu yüzden, bir Higgs'i potansiyel olarak ortaya çıkarabilecek birçok etkileşim türünü araştırabilecek genel amaçlı bir araç oluşturmak zorunda kaldık.
Ve yaptık. Yaşasın!
Ama şimdi Higgs'ın gerçek bir şey olduğunu bildiğimize göre, çarpışanlarımızı çok daha dar bir etkileşim kümesine ayarlayabiliriz. Bunu yaparken, olabildiğince çok Higgs bozonu üretmeyi, çok miktarda sulu veri toplamayı ve bu gizemli ama temel parçacık hakkında daha fazla bilgi edinmeyi hedefleyeceğiz.
Ve işte belki bu hafta karşılaşabileceğiniz en tuhaf fizik jargonu geliyor: Higgsstrahlung. Evet okuduğun doğru. Parçacık fiziğinde, bremsstrahlung olarak bilinen, küçük bir kutuya sıkışmış bir grup sıcak parçacık tarafından üretilen benzersiz bir radyasyon türü olan bir süreç var. Benzer şekilde, bir elektronu yüksek enerjilerde bir konuma çarptığınızda, bir enerji duşunda ve yeni parçacıklarda birbirlerini yok ederler, aralarında Higgs ile eşleştirilmiş bir Z bozonu. Bu yüzden Higgsstrahlung.
380 Gev'de CLIC bir Higgsstrahlung fabrikası olağandışı olacak.
Üst kuarkın ötesinde
Yeni makalede, Polonya'daki Varşova Üniversitesi'nden fizikçi ve CLIC işbirliğinin bir üyesi olan Aleksander Filip Zarnecki, dedektörlerin karmaşık simülasyonlarına ve parçacık çarpışmalarına dayanarak tesis tasarımının mevcut durumunu açıkladı.
CLIC ile umut, temiz, öğrenmesi kolay bir ortamda mümkün olduğunca çok Higgs bozonu üreterek parçacık hakkında daha fazla bilgi edinebilmemizdir. Birden fazla Higgs var mı? Birbirleriyle konuşuyorlar mı? Higgs, atomaltı fiziğin temel dayanağı teorisi olan Standart Modelin diğer tüm parçacıkları ile ne kadar güçlü bir şekilde etkileşime giriyor?
Aynı felsefe, kuarkların en az anlaşılmış ve en az görülen kuarkına da uygulanacaktır. Muhtemelen en iyi kuark hakkında pek bir şey duymadınız çünkü bu bir yalnızlık - keşfedilen son kuarktı ve nadiren görüyoruz. İlk aşamalarda bile, CLIC yaklaşık 1 milyon en iyi kuark üretecek ve LHC ve diğer modern çarpıştırıcıları kullanırken duyulmamış bir istatistiksel güç sağlayacaktır. Oradan, CLIC'nin arkasındaki ekip, üst kuark partikülünün nasıl bozulduğunu araştırmayı umuyor ve bu çok nadiren oluyor. Ama bir milyonuyla bir şeyler öğrenebilirsiniz.
Ama hepsi bu değil. Tabii, Higgs ve en iyi kuarkı temizlemek için bir şey var, ancak CLIC'in akıllı tasarımı, Standart Modelin sınırlarını aşmasını sağlıyor. Şimdiye kadar, LHC yeni parçacıklar ve yeni fizik arayışlarında kurudu. Bizi şaşırtmak için hala bolca yıl kalsa da, zaman geçtikçe umut azalıyor.
Sayısız Higgs bozonu ve üst kuarkların ham üretimi sayesinde CLIC, yeni fizik ipuçları arayabilir. Dışarıda egzotik bir parçacık veya etkileşim varsa, bu iki parçacığın davranışlarını, bozulmalarını ve etkileşimlerini hafifçe etkileyebilir. CLIC, karanlık maddenin, göklerin seyrini değiştiren gizemli, görünmeyen maddenin parçacığını bile üretebilir. Tesis, karanlık maddeyi doğrudan göremeyecektir, elbette (karanlık olduğu için), ancak fizikçiler çarpışma olaylarından enerji veya momentum kaybolduğunda, korkak bir şeyin devam ettiğinin kesin bir işareti olabilir.
CLIC'in neler bulabileceğini kim bilebilir? Ama ne olursa olsun, evrenimizin bilinen parçacıklarını anlama ve yenilerini ortaya çıkarma konusunda iyi bir şans istiyorsak, LHC'nin ötesine geçmeliyiz.
Paul M. Sutter astrofizikçi Ohio Eyalet Üniversitesi, birşeyin sahibi "Bir Uzay Adamına Sorun" ve "Uzay Radyo, "ve" yazarı "Evrendeki Yeriniz."
