ไม่มีใครยุ่งกับ Large Hadron Collider มันเป็นการตีอย่างแรงที่สุดของอนุภาคในยุคปัจจุบันและไม่มีอะไรสามารถสัมผัสกับความสามารถด้านพลังงานหรือความสามารถในการศึกษาขอบเขตของฟิสิกส์ แต่รัศมีภาพทั้งหมดนั้นเป็นสิ่งชั่วคราวและไม่มีอะไรจะคงอยู่ตลอดไป ในที่สุดประมาณปี 2035 แสงไฟที่วงแหวนแห่งพลังระยะทางยาว 27 ไมล์นี้ก็จะดับลง หลังจากนั้นจะเกิดอะไรขึ้น?
กลุ่มการแข่งขันทั่วโลกกำลังผลักดันให้เกิดการสนับสนุนทางการเงินอย่างมั่นคงเพื่อทำให้แนวคิดสัตว์เลี้ยงของพวกเขากลายเป็นเรื่องใหญ่ครั้งต่อไป การออกแบบหนึ่งชิ้นได้รับการอธิบายวันที่ 13 สิงหาคมในกระดาษในวารสาร preprint arXiv รู้จักกันในชื่อ Compact Linear Collider (หรือ CLIC เพราะมันน่ารัก) ปืนรถไฟขนาดใหญ่ที่เสนอ subatomic ดูเหมือนจะเป็นนักวิ่งหน้า ธรรมชาติที่แท้จริงของ Higgs boson คืออะไร? อะไรคือความสัมพันธ์กับควาร์กอันดับต้น ๆ ? เราสามารถหาคำใบ้ของฟิสิกส์นอกเหนือจากรุ่นมาตรฐานได้หรือไม่? CLIC อาจตอบคำถามเหล่านั้นได้ มันเกี่ยวข้องกับอนุภาค collider นานกว่าแมนฮัตตัน
การแข่งรถลาก Subatomic
Large Hadron Collider (LHC) ทุบอนุภาคที่ค่อนข้างหนักซึ่งเรียกว่าฮาดรอน (รวมถึงชื่อของโรงงาน) ด้วยกัน คุณมีฮาดรอนมากมายในร่างกายของคุณ โปรตอนและนิวตรอนเป็นตัวแทนที่พบมากที่สุดของกลุ่มกล้องจุลทรรศน์ ที่ LHC นั้นฮาดรอนเดอจะวนเป็นวงกลมจนกระทั่งมันเข้าใกล้ความเร็วแสง ในขณะที่น่าประทับใจ - LHC เข้าถึงพลังงานที่ไม่มีใครเทียบได้กับอุปกรณ์อื่น ๆ บนโลก - เรื่องทั้งหมดเป็นเรื่องยุ่ง ท้ายที่สุดแล้วฮาดรอนส์ก็เป็นกลุ่มก้อนอนุภาคเพียงแค่ถุงอื่น ๆ ทินิเยร์สิ่งพื้นฐานมากขึ้นและเมื่อฮาดรอนส์แตกชนทั้งหมดของพวกเขาทะลักไปทั่วสถานที่ซึ่งทำให้การวิเคราะห์ซับซ้อน
ในทางตรงกันข้าม CLIC ได้รับการออกแบบให้เรียบง่ายสะอาดและศัลยกรรมมากขึ้น แทนที่จะเป็นฮาดรอนส์ CLIC จะเร่งอิเล็กตรอนและโพสิตรอนสองอนุภาคแสงพื้นฐาน และการตีอย่างแรงนี้จะเร่งอนุภาคเป็นเส้นตรงไม่ว่าที่ไหนก็ตามจาก 7 ถึง 31 ไมล์ (11 ถึง 50 กม.) ขึ้นอยู่กับการออกแบบขั้นสุดท้าย
ความสุดยอดทั้งหมดนี้จะไม่เกิดขึ้นพร้อมกัน แผนปัจจุบันคือ CLIC ที่จะลดกำลังการผลิตลงในปี 2578 เมื่อ LHC คดเคี้ยว รุ่นแรก CLIC จะทำงานที่ 380 gigaelectronvolts (GeV) น้อยกว่าหนึ่งในสามสิบของกำลังสูงสุดของ LHC ในความเป็นจริงแม้แต่พลังการดำเนินงานเต็มรูปแบบของ CLIC ซึ่งปัจจุบันมีเป้าหมายที่ 3 teraelectronvolts (TeV) ก็น้อยกว่าหนึ่งในสามของสิ่งที่ LHC สามารถทำได้
ดังนั้นหากเครื่องกำเนิดอนุภาคขั้นสูงรุ่นใหม่ไม่สามารถเอาชนะสิ่งที่เราสามารถทำได้ในวันนี้ประเด็นคืออะไร?
นักล่าฮิกส์
คำตอบของ CLIC คือการทำงานอย่างชาญฉลาดไม่ยาก หนึ่งในเป้าหมายหลักด้านวิทยาศาสตร์ของ LHC ก็คือการหา Higgs boson ซึ่งเป็นอนุภาคที่ค้นหามานานซึ่งให้อนุภาคอื่น ๆ ย้อนกลับไปในช่วงปี 1980 และ 1990 เมื่อ LHC ได้รับการออกแบบเราไม่แน่ใจว่าฮิกส์จะมีอยู่จริงและเราไม่รู้ว่ามวลและคุณสมบัติอื่น ๆ ของมันคืออะไร ดังนั้นเราต้องสร้างเครื่องมือที่ใช้งานทั่วไปที่สามารถตรวจสอบการปฏิสัมพันธ์หลายประเภทที่ทุกคนสามารถเปิดเผยฮิกส์ได้
และเราก็ทำ ไชโย!
แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่าฮิกส์เป็นเรื่องจริงเราสามารถปรับ colliders ของเราให้มีปฏิสัมพันธ์ที่แคบลง ในการทำเช่นนี้เราจะตั้งเป้าผลิตฮิกส์โบซอนให้ได้มากที่สุดรวบรวมข้อมูลฉ่ำ ๆ และเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งลึกลับ แต่เป็นอนุภาคพื้นฐาน
และนี่อาจเป็นศัพท์แสงฟิสิกส์ที่แปลกประหลาดที่สุดที่คุณน่าจะได้พบในสัปดาห์นี้: Higgsstrahlung ใช่คุณอ่านถูกต้องแล้ว มีกระบวนการในฟิสิกส์ของอนุภาคที่รู้จักกันในชื่อ bremsstrahlung ซึ่งเป็นรังสีชนิดพิเศษที่ผลิตโดยอนุภาคร้อนที่อัดแน่นเข้าไปในกล่องขนาดเล็ก โดยการเปรียบเทียบเมื่อคุณชนอิเล็กตรอนไปยังตำแหน่งที่มีพลังงานสูงพวกมันจะทำลายกันและกันในห้องอาบน้ำของพลังงานและอนุภาคใหม่ ๆ ซึ่งในนั้นจะมี Z boson จับคู่กับฮิกส์ ดังนั้น Higgsstrahlung
ที่ 380 Gev CLIC จะเป็นโรงงานพิเศษของ Higgsstrahlung
เกินควาร์กด้านบน
ในรายงานฉบับใหม่ Aleksander Filip Zarnecki นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอร์ซอว์ในโปแลนด์และสมาชิกของความร่วมมือ CLIC อธิบายสถานะปัจจุบันของการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวกบนพื้นฐานของการจำลองที่ซับซ้อนของเครื่องตรวจจับและการชนกันของอนุภาค
ความหวังกับ CLIC คือการผลิตฮิกส์โบซอนให้ได้มากที่สุดในสภาพแวดล้อมที่สะอาดและง่ายต่อการศึกษาเราสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอนุภาค มีฮิกส์มากกว่าหนึ่งรายการหรือไม่? พวกเขาคุยกันหรือเปล่า ฮิกส์มีปฏิกิริยาอย่างไรกับอนุภาคอื่น ๆ ทั้งหมดของ Standard Model ซึ่งเป็นทฤษฎีสำคัญของฟิสิกส์ subatomic
ปรัชญาเดียวกันนี้จะถูกนำไปใช้กับควาร์กชั้นนำซึ่งเป็นที่เข้าใจน้อยที่สุด คุณอาจไม่เคยได้ยินอะไรเกี่ยวกับควาร์กอันดับต้น ๆ เพราะมันเป็นคนขี้เหงา - มันเป็นควาร์สุดท้ายที่ถูกค้นพบและเราไม่เคยเห็นมันมาก่อน แม้ในระยะเริ่มต้น CLIC จะผลิตควาร์กยอดนิยมประมาณ 1 ล้านควาร์กซึ่งให้พลังทางสถิติที่ไม่เคยมีมาก่อนเมื่อใช้ LHC และ colliders ยุคใหม่อื่น ๆ จากนั้นทีมที่อยู่เบื้องหลัง CLIC หวังที่จะตรวจสอบว่าอนุภาคควาร์กชั้นนำสลายตัวซึ่งเกิดขึ้นได้น้อยมาก แต่ด้วยล้านคนคุณอาจเรียนรู้บางสิ่งได้
แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด แน่นอนว่ามันเป็นเรื่องสำคัญที่จะดึงเอาฮิกส์และควาร์กออกมาได้ดี แต่การออกแบบที่ชาญฉลาดของ CLIC ช่วยให้สามารถผ่านขอบเขตของแบบจำลองมาตรฐานได้ จนถึงตอนนี้ LHC ได้แห้งแล้งในการค้นหาอนุภาคใหม่และฟิสิกส์ใหม่ ในขณะที่ยังมีเวลาอีกหลายปีที่เหลือจะทำให้เราประหลาดใจเมื่อเวลาผ่านไปความหวังก็ลดน้อยลง
ด้วยการผลิตแบบดิบ ๆ ของ Higgs bosons และควาร์กชั้นนำ CLIC สามารถมองหาคำแนะนำของฟิสิกส์ใหม่ได้ หากมีสิ่งแปลกปลอมหรือปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นมันอาจส่งผลกระทบอย่างละเอียดต่อพฤติกรรมการเสื่อมสลายและปฏิกิริยาของอนุภาคทั้งสองนี้ CLIC อาจสร้างอนุภาคที่รับผิดชอบสสารมืดสิ่งลึกลับที่มองไม่เห็นซึ่งเปลี่ยนแปลงเส้นทางของสวรรค์ สิ่งอำนวยความสะดวกจะไม่สามารถมองเห็นสสารมืดได้โดยตรงแน่นอน (เพราะมันมืด) แต่นักฟิสิกส์สามารถมองเห็นเมื่อพลังงานหรือโมเมนตัมหายไปจากการปะทะกันเป็นสัญญาณบ่งบอกว่ามีบางสิ่งที่ขี้ขลาดกำลังเกิดขึ้น
ใครจะรู้ว่า CLIC อาจค้นพบใคร แต่ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นเราต้องไปไกลกว่า LHC ถ้าเราต้องการโอกาสที่เหมาะสมในการทำความเข้าใจกับอนุภาคที่รู้จักในเอกภพของเราและค้นพบสิ่งใหม่
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ "ถามนักบินอวกาศ" และ "วิทยุอวกาศ, "และผู้แต่ง"สถานที่ของคุณในจักรวาล."
