Tidak ada yang tersentuh dengan Collider Large Hadron. Ia adalah penghancur zarah tertinggi zaman kini, dan tiada apa yang dapat menyentuh keupayaan tenaga atau keupayaan untuk mempelajari sempadan fizik. Tetapi semua kemuliaan adalah sementara, dan tiada yang kekal selama-lamanya. Akhirnya, di suatu tempat sekitar 2035, lampu-lampu di cincin kuasa sejauh 17 kilometer itu akan keluar. Apa yang berlaku selepas itu?
Kumpulan-kumpulan bersaing di seluruh dunia sedang meronta-ronta untuk mendapatkan sokongan kewangan untuk menjadikan idea-idea kolider haiwan mereka menjadi perkara besar seterusnya. Satu reka bentuk digambarkan pada 13 Ogos di dalam kertas di jurnal preprint arXiv. Dikenali sebagai Compact Linear Collider (atau CLIC, kerana itulah yang comel), senjata kereta api subatom yang dicadangkan nampaknya menjadi pelari depan. Apakah sifat sebenar boson Higgs? Apakah hubungannya dengan quark teratas? Bolehkah kita menemui apa-apa petikan fizik di luar Model Standard? CLIC mungkin dapat menjawab soalan tersebut. Ia hanya melibatkan collider zarah lebih lama daripada Manhattan.
Lumba seret subatomik
The Large Hadron Collider (LHC) menghancurkan zarah-zarah agak berat yang dikenali sebagai hadrons (dengan itu nama kemudahan itu). Anda mempunyai banyak hadrons di dalam badan anda; proton dan neutron adalah wakil yang paling biasa dalam mikroskopik itu. Di LHC, bulat dan bulat hadrons pergi dalam bulatan gergasi, sehingga mereka mendekati kelajuan cahaya dan mula menghancurkan. Walaupun mengesankan - LHC mencapai tenaga yang tidak dapat ditandingi oleh mana-mana peranti lain di Bumi - kesemua perkara itu tidak baik. Lagipun, hadrons adalah zarah konglomerat, hanya beg yang lain, lebih lama, perkara-perkara yang lebih asas, dan ketika hadrons menghancurkan, semua keberanian mereka tumpah di seluruh tempat, yang menjadikan analisis rumit.
Sebaliknya, CLIC direka bentuk untuk menjadi lebih mudah, bersih dan lebih banyak pembedahan. Daripada hadrons, CLIC akan mempercepatkan elektron dan positron, dua cahaya, zarah asas. Dan perancit ini akan mempercepatkan zarah-zarah dalam garis lurus, di mana saja dari 7 hingga 31 batu (11 hingga 50 km), bergantung pada reka bentuk muktamad, tepat ke bawah tong.
Semua ini tidak akan berlaku sekaligus. Pelan sekarang adalah untuk CLIC untuk mencapai keupayaan yang lebih rendah pada tahun 2035, ketika LHC beralih. CLIC generasi pertama akan beroperasi pada hanya 380 gigaelektronvolts (GeV), kurang daripada satu puluh tiga kuasa maksimum LHC. Malah, walaupun kuasa operasi penuh CLIC, yang kini disasarkan kepada 3 teraelectronvolts (TeV), adalah kurang daripada satu pertiga daripada yang boleh dilakukan oleh LHC sekarang.
Jadi, jika collider zarah generasi akan datang tidak dapat mengalahkan apa yang boleh kita lakukan hari ini, apa gunanya?
Pemburu Higgs
Jawapan CLIC adalah untuk bekerja lebih bijak, tidak sukar. Salah satu matlamat sains utama LHC ialah mencari boson Higgs, zarah lama yang meminjamkan zarah-zarah lain yang besar. Kembali pada 1980-an dan 1990-an, apabila LHC sedang direka, kami tidak pasti Higgs pun wujud, dan kami tidak tahu apa jisimnya dan sifat-sifat lain. Oleh itu, kita terpaksa membina sebuah instrumen tujuan umum yang boleh menyiasat pelbagai jenis interaksi yang boleh mendedahkan Higgs.
Dan kami lakukan. Hooray!
Tetapi sekarang kita tahu bahawa Higgs adalah satu perkara yang sebenar, kita boleh menyesuaikan penjamin kami kepada satu set interaksi yang lebih sempit. Dengan berbuat demikian, kami berhasrat untuk menghasilkan sebanyak mungkin boson Higgs, mengumpul timbunan data berair dan belajar lebih banyak mengenai zarah misterius tetapi asas ini.
Dan di sini mungkin terdapat sedikit jargon fizik yang mungkin anda hadapi minggu ini: Higgsstrahlung. Yup, awak baca yang betul. Terdapat satu proses dalam fizik zarah yang dikenali sebagai bremsstrahlung, yang merupakan jenis sinaran unik yang dihasilkan oleh sekumpulan zarah panas yang penuh dengan kotak kecil. Dengan analogi, apabila anda membanting elektron ke kedudukan dengan tenaga yang tinggi, mereka memusnahkan satu sama lain dengan mandi tenaga dan zarah baru, di antaranya Z boson dipasangkan dengan Higgs. Oleh itu, Higgsstrahlung.
Pada 380 Gev, CLIC akan menjadi kilang Higgsstrahlung yang luar biasa.
Di luar quark teratas
Dalam makalah baru, Aleksander Filip Zarnecki, seorang ahli fizik di University of Warsaw di Poland dan seorang ahli kerjasama CLIC, menjelaskan status semasa reka bentuk kemudahan, berdasarkan simulasi canggih pengesan dan pelanggaran zarah.
Harapan dengan CLIC ialah dengan hanya menghasilkan banyak boson Higgs dalam suasana yang bersih dan mudah dipelajari, kita dapat mempelajari lebih lanjut tentang zarah tersebut. Adakah terdapat lebih daripada satu Higgs? Adakah mereka bercakap dengan satu sama lain? Berapa kuatkah Higgs berinteraksi dengan semua zarah lain Model Standard, teori mainan fizik subatomik?
Falsafah yang sama akan digunakan untuk quark teratas, paling kurang difahami dan paling jarang kuark. Anda mungkin tidak banyak mendengar tentang quark teratas kerana ia seperti penyendiri - itu quark terakhir yang akan ditemui, dan kita hanya melihatnya jarang. Walaupun pada peringkat awal, CLIC akan mengeluarkan kira-kira 1 juta kuark teratas, menyediakan kuasa statistik yang tidak pernah didengar ketika menggunakan LHC dan lain-lain pelanggar moden. Dari sana, pasukan di belakang CLIC berharap dapat menyiasat bagaimana zarah top quark terbelah, yang jarang terjadi. Tetapi dengan sejuta daripadanya, anda mungkin dapat belajar sesuatu.
Tetapi itu bukan semua. Pasti, ia adalah satu perkara untuk menghancurkan Higgs dan quark teratas, tetapi reka bentuk pintar CLIC membolehkan ia menolak melangkaui sempadan Model Standard. Setakat ini, LHC telah menjadi kering dalam cariannya untuk zarah baru dan fizik baru. Walaupun ia masih mempunyai banyak tahun lagi untuk mengejutkan kita, apabila masa berlalu, harapan semakin berkurang.
Melalui pengeluaran mentahnya yang banyak dan banyak quark Higgs, CLIC boleh mencari petunjuk fizik baru. Sekiranya terdapat beberapa zarah eksotik atau interaksi di luar sana, ia boleh menjejaskan tingkah laku, pelunturan dan interaksi kedua-dua zarah tersebut. CLIC bahkan boleh menghasilkan zarah yang bertanggungjawab untuk perkara gelap, perkara yang misteri, tidak kelihatan yang mengubah perjalanan langit. Kemudahan itu tidak akan dapat melihat perkara gelap secara langsung, sememangnya (kerana ia gelap), tetapi ahli fizik dapat melihat apabila tenaga atau momentum hilang dari peristiwa perlanggaran, tanda yang pasti sesuatu yang funky sedang berlangsung.
Siapa yang tahu apa yang mungkin dijumpai CLIC? Tetapi tidak kira apa, kita perlu melangkaui LHC jika kita mahu peluang yang baik untuk memahami zarah-zarah alam yang diketahui dan mengungkap beberapa yang baru.
Paul M. Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University, tuan rumah "Tanya Spaceman" dan "Radio Angkasa, "dan pengarang"Tempat Anda di Semesta."
