5 Lieli Hadronu Sadursmju Veidotāji (Līdz Šim)

{h1}

Lielais hadronu sadursme ir atklājusi daudz vairāk nekā tikai higsa bozonu. Lasiet par pieciem lhc lielākajiem atklājumiem vietnē WordsSideKick.com.

Reizēm tas ir sīkums, kas jūs tracina. Līdz 20. gadsimta sākumam fiziķiem šķita, ka Visums ir diezgan labi uzšūts starp Ņūtona gravitācijas un Maksvela elektromagnētiskajiem vienādojumiem. Bija tikai viena nagging problēma: kā izskaidrot radioaktivitāti. Risinot to, notika zinātniska revolūcija, kas atklāja pārsteidzošu patiesību par sīkumiem: Dažreiz tie satur Visumus.

Daļiņu fizika un kvantu mehānika, patiesi niecīgās zinātnes, fizikai atnesa vēl divus pamatjēdzienus un dīvainu elementārdaļiņu mazulīti, taču pēc 70. gadiem palika maz, bet, lai pārbaudītu un pilnveidotu dominējošo teoriju, standarta modelis. Vēl 30 gadu vērtībā esoši subatomiski plankumi, kurus izspieda paātrinātāji un sadursmes, aizpildīja atslēgas sagataves, tomēr palika daudz jautājumu: Kāpēc dažām daļiņām bija masa, bet citām nē? Vai mēs varētu apvienot četrus pamata spēkus vai panākt vispārējās relativitātes un kvantu mehānikas iznākšanu?

Vai kāds no šiem karojošajiem pavedieniem izraisīs citu revolūciju? Uzzinot, būtu nepieciešams lielāks, jaudīgāks daļiņu sadursme nekā jebkad agrāk, 16,8 jūdžu (27 kilometru) gredzens ar supravadošiem magnētiem, kas ir aukstāki par kosmosu un kas spēj ļoti lielā vakuumā sadedzināt daļiņas nelielā gaismas ātrumā. Šis 10 miljardu dolāru lielais hadronu sadursme (LHC), simtiem zinātnieku un inženieru sadarbības centieniem visā pasaulē, 2008. gada 10. septembrī pievienojās Eiropas Kodolpētījumu organizācijas (CERN) paātrinātāju pilsētiņai un drīz vien iznīcināja daļiņu sadursmju ierakstus.

Atskatīsimies uz līdz šim apgūto, sākot ar slavenāko atklājumu no visiem.

5. Higsa bosons

5 Lieli hadronu sadursmju veidotāji (līdz šim): sadursmju

Profesors Pīters Higss apmeklē Londonas Zinātniskā muzeja izstādi 'Collider' 2013. gada 12. novembrī. Domājiet, ka var droši apgalvot, ka Higss un viņa kolēģi gluži neparedzēja Higsa bozona stīpu. Pīters Makdiarmids / Getty Images

Mūsu makro pasaulē mēs pieņemam, ka visām daļiņām ir masa, lai arī cik maza. Bet mikro pasaulē elektropreces teorija, kas saista elektromagnētiskos un vājos spēkus vienā pamatā esošajā spēkā, prognozē, ka īpašās daļiņas sauc starpnieki vispār nedrīkstētu būt masa; kas ir problēma, jo daži no viņiem to dara.

Starpnieki ir spēka nesēji: Fotoni pārraida elektromagnētismu, savukārt W un Z bozoni nes vāju spēku. Bet, kaut arī fotoni ir bezspēcīgi, W un Z bozoni saražo ievērojamu jaudu, apmēram 100 protonu gabalā [avots: CERN].

1964. gadā fiziķis Pēteris Higss no Edinburgas universitātes un Fransuā Englerta un Roberta Brūta komanda no Briseles Brīvās universitātes patstāvīgi ierosināja risinājumu: neparasts lauks, kas pārnesa masu, pamatojoties uz to, cik spēcīgi daļiņas mijiedarbojās ar to. Ja tas Higsa lauks pastāvēja, tad tai vajadzēja būt starpnieka daļiņai, a Higsa bozons. Bet tas būtu vajadzīgs, piemēram, LHC, lai to atklātu.

2013. gadā fiziķi apstiprināja, ka ir atraduši Higsa bozonu ar aptuveni 126 gigaelektronu voltu (GeV) masu - kopējā masa ir aptuveni 126 protoni (masas un enerģijas ekvivalents ļauj fiziķiem izmantot elektronu voltus kā masas vienību) ) [avoti: Das]. Tā kā grāmatas tika aizvērtas, tas pavēra pilnīgi jaunas jomas, kurās pētīja Visuma stabilitāti, kāpēc šķiet, ka tajā ir daudz vairāk vielas nekā antimateriāls, kā arī tumšās vielas sastāvs un pārpilnība [avoti: Zīgfrīds].

4. Tetraquarks

5 Lieli hadronu sadursmju veidotāji (līdz šim): līdz

Tas atklāj kvarkus! Vēlais teorētiskais fiziķis Nātans Isgurs parāda mašīnas daļas modeli, lai novērotu kvarku uzvedību. Cenu zīme (1981. gadā) bija USD 83 miljoni. Rons Bulis / Toronto Star caur Getty Images

1964. gadā divi pētnieki cenšas panākt jēgu hadrons - subatomiskās daļiņas, kuras ietekmē spēcīgais spēks - individuāli nāca klajā ar domu, ka tās sastāv no trīs daļiņu sastāvdaļām. Džordžs Zveigs tos sauca par dūžiem; Murray Gell-Mann viņus nodēvēja kvarki un apzīmēja to trīs veidus vai garšas kā “augšā”, “uz leju” un “dīvaini”. Fiziķi vēlāk identificēs trīs citas biezpiena garšas: "šarmu", "augšējo" un "apakšējo".

Daudzus gadus fiziķi sadalīja hadronus divās kategorijās, balstoties uz diviem veidiem, kā tos izveidoja kvarki: baroni (ieskaitot protonus un neitronus) sastāvēja no trim kvarkiem, tā kā mezoni (piemēram, pionus un kaonus) veidoja kvarka un antīkās pāra pāri [avoti: CERN; ODS]. Bet vai šīs bija vienīgās iespējamās kombinācijas?

2003. gadā Japānas pētnieki atrada dīvainu daļiņu, X (3872), kas, šķiet, bija izgatavoti no šarmu kvarka, anticharma un vismaz vēl diviem citiem kvarkiem. Izpētot daļiņas iespējamo eksistenci, pētnieki atrada Z (4430), šķietama četrstūrveida daļiņa. Kopš tā laika LHC ir atklājis pierādījumus par vairākām šādām daļiņām, kuras sabojājas vai vismaz būtiski saliec - izveidoto modeli kvarka izkārtojumiem. Šādas Z daļiņas ir īslaicīgas, taču, iespējams, ir uzplaukušas apmēram mikrosekundi pēc lielā sprādziena [avoti: O'Luanaigh; Diep; Dotācija].

3. Trūkst supersimetrijas

5 Lieli hadronu sadursmju veidotāji (līdz šim): hadronu

Darbinieks stāv zem kompakta Muon Solenoid (CMS), LHC vispārēja lietojuma detektora. Daži fiziķi ir ļoti cerējuši, ka detektors atradīs pierādījumus SUSY pastiprināšanai. Fabrice Coffrini / AFP / Getty Images

Teorētiķi progresēja supersimetrija, iesauku SEKS, lai risinātu vairākus nagging jautājumus, uz kuriem standarta modelis nav atstāts, piemēram, kāpēc dažām elementārdaļiņām ir masa, kā elektromagnētisms un spēcīgie un vājie kodolieroči kādreiz varētu būt saistīti, un, iespējams, no kā veidojas tumšā matērija. Tas arī izveidoja kārdinošas attiecības starp kvarkiem un leptoni kas veido matēriju un bozoni kas pastarpina viņu mijiedarbību. Tāpat kā iepriekš minētie baroni, arī leptoni (piemēram, elektroni) pieder pie subatomisko daļiņu grupas, ko sauc par fermions kam ir pretējas bozu kvantu īpašības. Tomēr saskaņā ar SUSY katram fermionam ir atbilstošs bozons un otrādi, un katra daļiņa var pārveidoties par savu līdzinieci [avoti: CERN; Siegried].

Ja tā ir taisnība, SUSY nozīmētu, ka divi elementārdaļiņu tipi (fermioni un bozoni) ir tikai vienas monētas divas puses; tas noņemtu dažus izsīkušus bezgalīgus daudzumus, kas parādās matemātikā, ļaujot attiecīgajām daļiņām izdalīties; un tas radītu vietu gravitācijai - acīmredzamam izlaidumam standarta modelī -, jo, iespējams, būs nepieciešami fermiona-bozona un bozona-fermiona pārveidojumi gravitoni, ilgi teorētiski smaguma spēka nesēji.

Fiziķi cerēja, ka LHC atradīs pierādījumus SUSY atbalstam vai atklās dziļākas problēmas, kas norādīs uz jaunu teorētisko un eksperimentālo teritoriju. Pagaidām neviena no šīm lietām nav noticis, bet pagaidām nerēķiniet supersimetriju. SUSY pastāv daudzās versijās, no kurām katra ir saistīta ar noteiktiem pieņēmumiem; LHC ir tikai izsvītrojusi dažas no elegantākajām un iespējamākajām šķirnēm.

2. Koordinēta kustība

5 Lieli hadronu sadursmju veidotāji (līdz šim): Higsa

CERN zupas zupa ir sirsnīga kvarka-glikona plazma. SIA Wavebreakmedia / Wavebreak Media / Thinkstock

Kad zinātnieki, kalibrējot LHC instrumentus, izlaida parastās protonu-protonu sadursmes un tā vietā izvēlējās protonus savirzīt svina kodolos, viņi atzīmēja pārsteidzošu parādību: Nejaušie ceļi, kurus parasti veica iegūtais subatomiskais šrapnelis, tika aizstāti ar acīmredzamu koordināciju.

Viena teorija, kas attīstīta parādības izskaidrošanai, saka, ka trieciens radīja eksotisku matērijas stāvokli, ko sauc kvarka-gluona plazma (QGP), kas plūda kā šķidrums un atdziestot veidoja koordinētas daļiņas. Gan Brukhāvenas Nacionālās laboratorijas, gan LHC iepriekš ir izveidojuši QGP - blīvāko matērijas formu ārpus melnā cauruma - sadūrot smagos jonus, piemēram, svinu un zeltu. Ja izrādās, ka QGP no protonu-svina sadursmes ir iespējama, tas varētu ievērojami ietekmēt idejas, kā zinātnieki skata apstākļus tūlīt pēc lielā sprādziena, kad QGP bija īss ziedonis. Pastāv tikai viena problēma: sadursmei nevajadzēja būt pietiekami daudz enerģijas, lai sadedzinātu hipotētiski noteikto kvarca zupu [avoti: CERN; Grants; Rolands un Ngujens; Nekā].

Lai gan vairums fiziķu atbalsta šo ideju, neskatoties uz tās problēmām, daži ir ieteikuši otru skaidrojumu, kas ietvertu gluoni, daļiņas, kas pastarpina spēcīgu spēku un ielīmē kvarkus un antikvarkus protonos un neitronos. Hipotēze saka, ka gluoni, pietuvinoties gandrīz gaismas ātrumam, veido laukus, kas izraisa to mijiedarbību. Ja tas ir pareizs, šis modelis varētu sniegt vērtīgu ieskatu protonu struktūrā un mijiedarbībā [avoti: Grant].

1. Jaunas fizikas pazīmes galu galā… vai nē

5 Lieli hadronu sadursmju veidotāji (līdz šim): hadronu

Seši simti miljoni daļiņu sadursmju sekundē var radīt daudz datu un attiecīgi arī analīzes. Droši vien droši var teikt, ka LHC dati radīs daudz vairāk pārsteigumu. Fabrice Coffrini / AFP / Getty Images

Cik neloģiski tas varētu likties, daudzi fiziķi cerēja, ka LHC standarta modelī iebāzīs dažus caurumus. Galu galā sistēmai ir problēmas, un varbūt kāds atklājums vai divi, kas satricina zemi, apstiprina supersimetriju vai vismaz norāda uz jaunām pētniecības iespējām. Kā jau minējām, LHC tomēr ir atkārtojis eksotiskās fizikas triecienus, ik uz soļa apstiprinot standarta modeli. Jāatzīst, ka rezultāti vēl nav visi (analizējamais datu daudzums ir šausmīgi daudz), un LHC vēl nav sasniegusi pilnu 14 teraelektronu voltu (TeV) enerģiju. Neskatoties uz to, izredzes neizskatās tik labi, ka standarta modelis izskatās slikts.

Vai varbūt viņi to dara, ja kāda norāde ir 2013. gada ziņojums par B-mezona samazinājumu. Tas parāda B-mezonus, kas sadalās K-mezonā (pazīstams arī kā kaons) un divos muonos (daļiņām, kas līdzīgas elektroniem), kas necels uzacis, izņemot to, ka sabrukšana notika pēc modeļa, kas nav paredzēts standarta modelī. Diemžēl šobrīd pētījums ir zemāks par slieksni, kas attiecas uz dejošanu mūsu laboratorijā. Tomēr tas ir pietiekami augsts, lai radītu cerības, un papildu datu analīze varētu to parādīt no sarkanās zonas uz beigu zonu. Ja tā, nepāra sabrukšanas modelis varētu piedāvāt pirmo jaunās fizikas ieskatu, ko tik daudzi meklē [avoti: Džonstons; O'Neils].

Noslēgums Higsā pēc sešiem gadiem

Noslēgums Higsā pēc sešiem gadiem

Fiziķi ir atklājuši Higsa boza iecienītāko sabrukšanas kanālu. Uzziniet vairāk par Higsa bozonu vietnē WordsSideKick.com.


Autora piezīme: 5 atklājumi, ko veica lielais hadronu sadursme

Pēc LHC pabeigšanas daži domāja, ko tas nozīmētu fizikai, ja Higsa bozonu neizdevās parādīt. Tas nebija tikai masveida atmušinātāju galvenais iemesls; tas bija sava veida parastais modelis.

Tagad ir lielāka problēma, un tas ietver kosmiskā fona starojuma mērījumus, kas veikti ar kosmiskās ekstragalaktiskās polarizācijas fona attēlveidošanas otrās paaudzes (BICEP2) palīdzību. Ja BICEP2 novērojumi izrādās pareizi, tad Higsa laukam vajadzēja būt pietiekami enerģiskam lielā sprādziena laikā, lai izraisītu tūlītēju lielo satricinājumu. Citiem vārdiem sakot, ja abas idejas ir patiesas, tad mums nevajadzētu šeit strīdēties par to, kāpēc abas idejas, iespējams, nevar būt patiesas.


Video Papildinājums: .




LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com