Bagaimana cara keluar dari kebuntuan dalam fisika?
Penumbuk partikel generasi berikutnya akan menelan biaya miliaran dolar. Ada rencana untuk membangun perangkat semacam itu di Eropa dan China, tetapi para ilmuwan mempertanyakan apakah ini masuk akal. Mungkin kita harus mencari cara baru untuk bereksperimen dan penelitian yang akan mengarah pada terobosan dalam fisika?
Model Standar telah berulang kali dikonfirmasi, termasuk di Large Hadron Collider (LHC), tetapi tidak memenuhi semua harapan fisika. Ia tidak dapat menjelaskan misteri seperti keberadaan materi gelap dan energi gelap, atau mengapa gravitasi begitu berbeda dari gaya fundamental lainnya.
Dalam sains yang secara tradisional berurusan dengan masalah seperti itu, ada cara untuk mengkonfirmasi atau menyangkal hipotesis ini. pengumpulan data tambahan - dalam hal ini, dari teleskop dan mikroskop yang lebih baik, dan mungkin dari yang benar-benar baru, bahkan lebih besar bemper super yang akan menciptakan peluang untuk ditemukan partikel supersimetris.
Pada tahun 2012, Institut Fisika Energi Tinggi dari Akademi Ilmu Pengetahuan China mengumumkan rencana untuk membangun penghitung super raksasa. Berencana Elektron Positron Collider (CEPC) itu akan memiliki keliling sekitar 100 km, hampir empat kali lipat dari LHC (1). Sebagai tanggapan, pada tahun 2013, operator LHC, yaitu CERN, mengumumkan rencananya untuk perangkat tabrakan baru yang disebut Future Circular Collider (FCC).
1. Perbandingan ukuran akselerator CEPC, FCC dan LHC yang direncanakan.
Namun, para ilmuwan dan insinyur bertanya-tanya apakah proyek ini akan bernilai investasi besar. Chen-Ning Yang, pemenang Hadiah Nobel dalam fisika partikel, mengkritik pencarian jejak supersimetri menggunakan supersimetri baru tiga tahun lalu di blognya, menyebutnya sebagai "permainan menebak". Sebuah tebakan yang sangat mahal. Dia digaungkan oleh banyak ilmuwan di Cina, dan di Eropa, tokoh-tokoh ilmu pengetahuan berbicara dalam semangat yang sama tentang proyek FCC.
Ini dilaporkan ke Gizmodo oleh Sabina Hossenfelder, fisikawan di Institute for Advanced Study di Frankfurt. -
Kritik terhadap proyek untuk membuat Collider yang lebih kuat mencatat bahwa situasinya berbeda dari saat dibangun. Diketahui pada saat itu bahwa kami bahkan mencari Higgs boson. Sekarang tujuannya kurang ditentukan. Dan keheningan dalam hasil eksperimen yang dilakukan oleh Large Hadron Collider yang ditingkatkan untuk mengakomodasi penemuan Higgs — tanpa temuan terobosan sejak 2012 — agak tidak menyenangkan.
Selain itu, ada fakta yang terkenal, tetapi mungkin tidak universal, bahwa segala sesuatu yang kita ketahui tentang hasil percobaan di LHC berasal dari analisis hanya sekitar 0,003% dari data yang diperoleh kemudian. Kami hanya tidak bisa menangani lebih. Tidak dapat disangkal bahwa jawaban atas pertanyaan-pertanyaan besar fisika yang menghantui kita sudah ada di 99,997% yang belum kita pertimbangkan. Jadi mungkin Anda tidak perlu terlalu banyak untuk membangun mesin besar dan mahal lainnya, tetapi untuk menemukan cara menganalisis lebih banyak informasi?
Ini patut dipertimbangkan, terutama karena fisikawan berharap untuk lebih menekan keluar dari mobil. Waktu henti dua tahun (disebut juga) yang dimulai baru-baru ini akan membuat Collider tidak aktif hingga tahun 2021, memungkinkan pemeliharaan (2). Kemudian akan mulai beroperasi pada energi yang sama atau sedikit lebih tinggi, sebelum menjalani peningkatan besar pada tahun 2023, dengan penyelesaian dijadwalkan pada tahun 2026.
Peningkatan ini akan menelan biaya satu miliar dolar (murah dibandingkan dengan biaya yang direncanakan dari FCC), dan tujuannya adalah untuk menciptakan apa yang disebut. Luminositas Tinggi-LHC. Pada tahun 2030, ini dapat meningkatkan sepuluh kali lipat jumlah tabrakan yang dihasilkan mobil per detik.
2. Pekerjaan perbaikan pada LHC
itu adalah neutrino
Salah satu partikel yang tidak terdeteksi di LHC, meskipun diharapkan, adalah PENGECUT (-partikel masif yang berinteraksi lemah). Ini adalah partikel berat hipotetis (dari 10 GeV / s² hingga beberapa TeV / s², sedangkan massa proton sedikit kurang dari 1 GeV / s²) berinteraksi dengan materi yang terlihat dengan gaya yang sebanding dengan interaksi lemah. Mereka akan menjelaskan massa misterius misterius yang disebut materi gelap, yang lima kali lebih umum di alam semesta daripada materi biasa.
Di LHC, tidak ada WIMP yang ditemukan pada 0,003% data eksperimen ini. Namun, ada metode yang lebih murah untuk ini - misalnya. Eksperimen XENON-NT (3), tong besar xenon cair jauh di bawah tanah di Italia dan dalam proses dimasukkan ke dalam jaringan penelitian. Di tong besar xenon lainnya, LZ di South Dakota, pencarian akan dimulai pada awal tahun 2020.
Eksperimen lain, yang terdiri dari detektor semikonduktor ultra-dingin supersensitif, disebut SuperKDMS SNOLAB, akan mulai mengunggah data ke Ontario pada awal 2020. Jadi peluang untuk akhirnya "menembak" partikel misterius ini di tahun 20-an abad XNUMX semakin meningkat.
Pengecut bukan satu-satunya kandidat materi gelap yang dicari para ilmuwan. Sebaliknya, eksperimen dapat menghasilkan partikel alternatif yang disebut axion, yang tidak dapat diamati secara langsung seperti neutrino.
Sangat mungkin bahwa dekade berikutnya akan menjadi milik penemuan yang berkaitan dengan neutrino. Mereka adalah salah satu partikel paling melimpah di alam semesta. Pada saat yang sama, salah satu yang paling sulit dipelajari, karena neutrino berinteraksi sangat lemah dengan materi biasa.
Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa partikel ini terdiri dari tiga apa yang disebut rasa dan tiga keadaan massa yang terpisah - tetapi mereka tidak persis sama dengan rasa, dan setiap rasa adalah kombinasi dari tiga keadaan massa karena mekanika kuantum. Para peneliti berharap untuk mengetahui arti yang tepat dari massa ini dan urutan kemunculannya saat digabungkan untuk menciptakan setiap wewangian. Eksperimen seperti CATHERINE di Jerman, mereka harus mengumpulkan data yang diperlukan untuk menentukan nilai-nilai ini di tahun-tahun mendatang.
3. Model detektor XENON-nT
Neutrino memiliki sifat yang aneh. Bepergian di luar angkasa, misalnya, tampaknya terombang-ambing di antara selera. Pakar dari Observatorium Neutrino Bawah Tanah Jiangmen di Cina, yang diperkirakan akan mulai mengumpulkan data tentang neutrino yang dipancarkan dari pembangkit listrik tenaga nuklir terdekat tahun depan.
Ada proyek jenis ini Super Kamiokande, Observasi di Jepang sudah berlangsung lama. AS telah mulai membangun situs uji neutrino sendiri. LBNF di Illinois dan eksperimen dengan neutrino secara mendalam DUNE di Dakota Selatan.
Proyek LBNF/DUNE yang didanai multi-negara senilai $1,5 miliar diharapkan akan dimulai pada tahun 2024 dan beroperasi penuh pada tahun 2027. Eksperimen lain yang dirancang untuk membuka rahasia neutrino termasuk: JALAN, di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee, dan program neutrino dasar pendek, di Fermilab, Illinois.
Pada gilirannya, dalam proyek Legenda-200, Dijadwalkan untuk dibuka pada tahun 2021, sebuah fenomena yang dikenal sebagai peluruhan beta ganda neutrinoles akan dipelajari. Diasumsikan bahwa dua neutron dari inti atom secara bersamaan meluruh menjadi proton, yang masing-masing mengeluarkan elektron dan , bersentuhan dengan neutrino lain dan musnah.
Jika reaksi seperti itu ada, itu akan memberikan bukti bahwa neutrino adalah antimateri mereka sendiri, secara tidak langsung mengkonfirmasi teori lain tentang alam semesta awal - menjelaskan mengapa ada lebih banyak materi daripada antimateri.
Fisikawan juga ingin akhirnya mempelajari energi gelap misterius yang menembus ruang angkasa dan mengarah pada perluasan alam semesta. Spektroskopi energi gelap Alat (DESI) baru mulai bekerja tahun lalu dan diharapkan akan diluncurkan pada tahun 2020. Teleskop Survei Sinoptik Besar di Chili, yang diujicobakan oleh National Science Foundation/Department of Energy, program penelitian lengkap yang menggunakan peralatan ini harus dimulai pada tahun 2022.
Di sisi lain (4), yang ditakdirkan untuk menjadi acara dekade keluar, akhirnya akan menjadi pahlawan ulang tahun kedua puluh. Selain pencarian yang direncanakan, itu akan berkontribusi pada studi energi gelap dengan mengamati galaksi dan fenomenanya.
4. Visualisasi Teleskop James Webb
Apa yang akan kita tanyakan?
Dalam akal sehat, dekade berikutnya dalam fisika tidak akan berhasil jika sepuluh tahun dari sekarang kita mengajukan pertanyaan yang sama yang belum terjawab. Akan jauh lebih baik ketika kita mendapatkan jawaban yang kita inginkan, tetapi juga ketika pertanyaan yang sama sekali baru muncul, karena kita tidak dapat mengandalkan situasi di mana fisika akan berkata, "Saya tidak punya pertanyaan lagi," selamanya.
