| +77 голосов |
|
Самый мощный ускоритель частиц на Земле спал в течение последних двух лет. Сейчас начинается его второй рабочий период.
С момента завершения работы в начале 2013 года, LHC и его детекторы подверглись ремонту и множеству усовершенствований. Когда ускоритель частиц перезапустят, он будет сталкивать протоны с беспрецедентной энергией: 13 трлн электрон-вольт. На шкале нашего макромира сила этих протон-протонных столкновений примерно эквивалентна созданию кратера 6 миль в поперечнике вследствие столкновения яблока с луной.
Обновленные возможности в детекторах ATLAS, CMS, ALICE и LHCb – плюс дополнительное повышение напряжения – даст ученым возможность проникнуть в ранее недоступные области физики.
В первом запуске LHC эксперименты на ATLAS и CMS завершили 50-летнюю охоту за бозоном Хиггса, предсказанным в рамках Стандартной модели частиц и сил. Теперь ученые хотят знать, если они нашли бозон Хиггса, то не скрывается ли за этим каких-либо сюрпризов.
«Все свойства бозона Хиггса уже предсказаны Стандартной моделью, так что наша работа измерить эти свойства и посмотреть, согласуются ли они с теорией, - говорит Джей Хаузер (Jay Hauser) из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса, который работает на CMS-эксперименте. - Если что-то не согласуется, то это может быть окном в новую физику».
Поскольку бозон Хиггса ответственен за массу, ученые подозревают, что он может взаимодействовать с рядом скрытых массивных частиц, которые мы не можем видеть, например, с темной материей. Если бозон Хиггса участвует в каких-либо неизвестных процессах, то ученые должны увидеть доказательства этого в том, как он ведет себя.
Но даже если бозон Хиггса будет соответствовать всем предсказаниям, то это также будет казаться немного странным.
«Масса бозона Хиггса не соответствует здравому смыслу, - говорит Беате Хайнеманн (Beate Heinemann), физик из Университета Калифорнии, Беркли, и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, заместитель главы эксперимента ATLAS. - Было бы понятнее, если бы он был гораздо тяжелее, поэтому мы считаем, что должно быть нечто, что экранирует бозон Хиггса и придает ему меньшую массу».
Этим телохранителем бозона Хиггса может быть что угодно, от суперсимметричных частиц до темной материи в дополнительных измерениях.
«У нас есть достаточно головоломок, - говорит Хайнеманн. - Мы считаем, что должна быть новая физика при энергии этого масштаба, но мы не знаем, что это такое».
Ученые на установке ALICE имеют свои взгляды на кое-что еще.
В начале, вся Вселенная – все звезды, планеты и галактики – были частью горячего супа материи, называемого кварк-глюонной плазмой. LHC может воссоздать те условия в миниатюре на встречных пучках тяжелых атомных ядер, которые генерируются в течение четырех недель в году. Детектор ALICE специализируется на исследовании свойств этого изначального материала.
"Кварк-глюонная плазма настолько горяча, что обычные протоны и нейтроны не могут в ней существовать, - говорит Питер Джейкобс (Peter Jacobs), физик из Беркли, который работает на установке ALICE. - Кварки и глюоны движутся в ней и взаимодействуют по-новому, что мы раньше не видели. Это новая форма материи, и мы хотим знать, как она ведет себя и каковы ее свойства как структуры, и ее поведение при различных температурах».
В первом запуске LHC, эксперимент ALICE смог охарактеризовать многие аспекты этой странной полужидкой плазмы, такие как ее вязкость.
«Кварки и глюоны взаимодействуют сильнее, чем мы первоначально думали, о чем свидетельствует то, что кварк-глюонная плазма больше напоминает жидкость, чем газ. Это почти "идеальная" жидкость, которую допускает природа», - говорит Джейкобс.
«Запуск I был запуском открытий, и мы были в состоянии исследовать много новых вещей и много странностей, - отметил Джейкобс. – В течение Запуска II, мы сможем исследовать эти странности более глубоко, и дать им количественные оценки, а не просто быть в состоянии описать их качественно».
Ученые подозревают, что Большой взрыв действовал как вселенского размера суперколлайдер, который привел к появлению в равных частях материи и антиматерии. Но куда же делась вся антиматерия?
Эксперимент LHCb является одним из лучших детективов в мире ранней Вселенной и ищет улики в деле исчезновения антивещества.
«Мы должны были начать с эквивалентным количеством материи и антиматерии во Вселенной, - говорит Майкл Уильямс (Michael Williams), физик из Массачусетского технологического института, работающий на LHCb. - Но теперь все, что мы видим – это материя, и нет никакого способа объяснить это огромное несоответствие в рамках Стандартной модели. Должен быть какой-то другой способ объяснения этому факту».
Чтобы раскрыть причину этого огромного несоответствия, на установке LHCb делаются прецизионные измерения субатомных процессов. Затем ученые сравнивают предсказания Стандартной модели с этими экспериментальными наблюдениями, чтобы увидеть, насколько хорошо они совпадают. До сих пор Стандартную модель было трудно сломать. Но Уильямс считает, что повышение точности измерений может показать, где есть трещины.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| +77 голосов |
|
