În căutarea bosonului Higgs
NOAPTE. Acceleratorul de particule Tevatron, construit lângă Chicago, de 27 de ani a fost cea mai mare fereastră din universul subatomic
Pentru mai multe sute de fizicieni care au fost aici timp de aproape 20 de ani în căutarea unei particule ipotetice cunoscut sub numele de bosonul Higgs, aceasta înseamnă doar un singur lucru - palma în lupta pentru glorie Nobel dat principalul rival - Large Hadron Collider (LHC), noul, mai puternic, accelerator la CERN la frontiera elvețiano-franceză. Circumferința inelului principal de accelerație, de aproximativ 27 km în lungime, asigură o energie mult mai mare a particulelor. LHC va înlocui Tevatron ca principalul instrument de cercetare pentru fizica particulelor elementare, iar această poziție va continua și în următorul deceniu.
DISPOZIȚII DE BAZĂ
„Vreau să câștige Dmitri, iar el a fost - mine“, a declarat Rob Rouzer (Rob Roser), șeful echipei CDF, „Suntem prieteni buni, vom discuta toate problemele. Dar fiecare dintre noi vrea să treacă de celălalt. Acum jocul sa schimbat. Astăzi un tip rău este un LHC, nu Dmitry. Nu vreau ca BAC să meargă mai departe decât oricare dintre noi. E ca și cum ai spune: nimeni nu-mi poate lovi fratele mai mic, este doar eu.
Odată cu terminarea (relativă) a vechii rivalități și începerea unor noi proiecte, Fermilab trece printr-o perioadă de incertitudine. Același lucru se poate spune despre toată fizica particulelor elementare. Fizicienii au așteptat mult crearea unei mașini noi care să le permită să pătrundă într-o nouă realitate fizică. În anticiparea că anul viitor sau LHC-ul va dubla energia de coliziune, nu există nici o lipsă de ipoteze cu privire la noile descoperiri: spațiile de alte dimensiuni, supersimetriei (presupunând că fiecare particulă cunoscută are un geamăn supersimetric așa-numitele) și, desigur, bosonul Higgs. Și cel mai bine, că a fost ceva complet neașteptat. Cu toate acestea, există o altă posibilitate, de obicei preferată să nu fie luată în considerare, dar care nu poate fi neglijată. Și această oportunitate este atât de îngrijorat și intrigat fizicieni: că, dacă orice experimente LHC-ului, nici planificate în actualul deceniu, „bestevatronnom“ Fermilab, nu va găsi nimic nou?
Înainte de necunoscut
Până de curând, Tevatron sa trezit în fizică cu aceleași speranțe că acum se conectează la LHC. Cu cincisprezece ani înainte de lansare, fizicienii din Fermilab au crezut că Tevatron îi va ajuta să prindă bosonul Higgs, să dovedească existența supersimetriei, să înțeleagă natura materiei întunecate și multe altele.
Trei decenii de deschideri
Aproape tot ce trebuie să știți despre coliziune poate fi redus la doi factori. Prima este energia particulelor accelerate: cu cât este mai mare, cu atât particulele mai grele (masa lor este măsurată în gigaelectronvolts, GeV) sunt disponibile pentru studiu. Al doilea este luminozitatea sau numărul de coliziuni pe secundă. Primul zece ani de existență a lui Tevaron a fost cheltuit de ingineri pentru a-și crește energia; în ultimele două decenii, au lucrat astfel încât intensitatea coliziunii să fie comparabilă cu forța fluxului din furtunul de incendiu. Iată cele mai semnificative evenimente din viața de coliziune
În plus față de descoperirea premiului Nobel acestei particule ar aduce o oportunitate de a coroana o epocă strălucitoare a dezvoltării fizicii. Bosonul Higgs - o piesă lipsă a Modelului Standard, clădirea maiestuoasă a fizicii teoretice moderne, care descrie universul în ceea ce privește interacțiunile particulelor fundamentale 17. Acesta reunește trei dintre cele patru forțe ale naturii: interacțiunea puternică, este integral legat de nucleele atomilor, forța slabă responsabilă de dezintegrarea particulelor, și mai familiar pentru noi, electromagnetice (gravitație - singura forță care nu este descris de modelul standard). Teoreticienii au impus retușuri la portretul Modelului Standard, în urmă cu aproape 40 de ani, și de atunci toate prezicerile ei au fost confirmate experimental.
ASIGURAREA CU REZERVORUL
Acum, fizicienii speră că ceea ce Tevatron nu a reușit să facă va face LHC că îi va conduce spre un nou teritoriu, iar oamenii de știință vor putea să creeze o teorie în locul modelului standard. Mrenna, ca majoritatea colegilor săi, este convins că LHC va găsi mai devreme sau mai târziu bosonul Higgs. "Cred că se va întâmpla acest lucru sau anul viitor. Aș putea paria ", spune el. "În cazul în care nu o găsim, încrederea mea că nu vom găsi nimic acolo va crește".
Aceasta este problema cercetării viitoare: este posibil să nu existe nimic acolo. Unii fizicieni cred că există un "deșert energetic" între regiunile disponibile cercetării lor și cele în care poate apărea o fizică cu adevărat nouă. Dacă este așa, atunci noile descoperiri vor trebui să aștepte zeci de ani. LHC este, desigur, cel mai puternic accelerator din prezent, dar nu este atât de puternic încât să dea fizicienilor încrederea că le va ajuta să pătrundă într-un nou nivel al realității.
Cu alte cuvinte, dacă există desertul energetic, este posibil ca noi să nu reușim să ne colectăm voința de ao traversa. "Deci avem nevoie de succes. Trebuie să găsim ceva nou ", spune Mrenna.
Viața continuă
Primul accelerator de particule din lume a fost creat în 1929 de către Ernest Lawrence de la Universitatea din California, Berkeley. El a numit acest dispozitiv un carusel protonic. Diametrul său a fost de cinci centimetri, a fost făcut din alamă, ceară de ceară și sticlă și costa aproximativ 25 de dolari. LHC, lansat aproape 80 de ani mai târziu, costa 10 miliarde de dolari. Ea a necesitat cooperarea internațională a oamenilor de știință și a inginerilor, iar acum ocupă o zonă de dimensiunea unui mic oraș. Dar, chiar dacă s-a obținut un mare succes la LHC, șansele unui salt similar în energia particulelor în viitorul previzibil sunt mici. "Stim cum sa crestem energia de zece ori, dar va costa de zece ori mai mult", spune Pierm Oddone, directorul Fermilab. "Am atins limita costurilor pe care țările sunt dispuse să le permită".
Inelul principal al lui Tevatron este oprit, dar fizica în Fermilab nu este terminată. Oamenii de știință generează neutrinii folosind mai puțin inel injector (stânga jos), și le trimite la grindă prin grosimea Pământului la un detector subteran situat la o distanță în 724 km într-o mină abandonată din Minnesota
În decursul următorului deceniu, și probabil mai mult, laboratorul fizic principal al Statelor Unite va trăi în umbra LHC. Potrivit lui Oddon, Fermilab va continua lucrul la proiecte care ar fi amânate sau închise dacă Tevatron ar continua să lucreze, dar este clar că centrul de gravitație din lumea fizicii elementare a particulelor sa schimbat.
Experimentele de la Fermilab din fizica neutrinilor sunt în curs de desfășurare - probabil cel mai misterios al particulelor fundamentale: acestea sunt trimise de la o sursă de la Fermilab prin grosimea 724 km a crustei la un detector instalat într-o mină din Minnesota. Oamenii de știință de la Fermilabe vor participa, de asemenea, la programul de cercetare astronomică "Dark Energy Survey" (Dark Energy Survey).
Managerul de proiect, Steve Holmes, spune: "Proiectul X este podul care ne readuce în prim-planul fizicii energiei înalte. Acest lucru va face posibilă captarea și păstrarea pozițiilor de conducere. Când oamenii mă întreabă la ce mă așteaptă viitorul aici, le spun că în fizica energiei înalte, Statele Unite au fost conducătorii lumii timp de 70 de ani. Acesta este cel mai fundamental domeniu al fizicii, iar ca țară marcantă trebuie să ne menținem această poziție. Dar nu pot răspunde când ajungem la asta ".
Traducere: А.А. Sorokin