لا أحد عبث مع مصادم هادرون الكبير. إنها أداة تحطيم الجسيمات العليا في العصر الحالي ، ولا شيء يمكن أن يلمس إمكانات طاقته أو قدرته على دراسة حدود الفيزياء. لكن كل المجد عابر ، ولا شيء يدوم إلى الأبد. في نهاية المطاف ، في مكان ما حوالي عام 2035 ، ستنطفئ الأضواء في حلقة الطاقة التي يبلغ طولها 17 ميلًا (27 كيلومترًا). ماذا بعد ذلك؟
تتنافس المجموعات المتنافسة في جميع أنحاء العالم لتأمين الدعم المالي لجعل أفكار مصادم الحيوانات الأليفة هي الشيء الكبير التالي. تم وصف تصميم واحد في 13 أغسطس في ورقة في مجلة arXiv ما قبل الطباعة. يُعرف مسدس السكك الحديدية الضخم دون الذري ، الذي يُعرف باسم المصادم الخطي المضغوط (أو CLIC ، لأن هذا لطيف) ، في المقدمة. ما هي الطبيعة الحقيقية لبوزون هيجز؟ ما علاقته بالكوارك العلوي؟ هل يمكننا العثور على أي تلميحات للفيزياء خارج النموذج القياسي؟ قد تتمكن CLIC من الإجابة على هذه الأسئلة. أنها تنطوي فقط على مصادم الجسيمات أطول من مانهاتن.
سباق السحب دون الذري
مصادم هادرون الكبير (LHC) يحطم معا الجسيمات الثقيلة إلى حد ما المعروفة باسم هادرون (ومن هنا اسم المرفق). لديك مجموعة من الحضارات داخل جسمك ؛ البروتونات والنيوترونات هي الممثل الأكثر شيوعًا لتلك العشيرة المجهرية. في LHC ، يدور الهادرون حوله ويدور في دائرة عملاقة ، حتى يقتربوا من سرعة الضوء ويبدأوا في التحطيم. على الرغم من الإعجاب - يصل LHC إلى طاقات لا مثيل لها من قبل أي جهاز آخر على الأرض - فإن القضية بأكملها فوضوي. بعد كل شيء ، فإن الهدرونات هي جزيئات متكتلة ، مجرد أكياس من أشياء أخرى أصغر وأكثر جوهرية ، وعندما يسحق الهدرونات ، تنتشر كل أحشائها في كل مكان ، مما يجعل التحليل معقدًا.
في المقابل ، تم تصميم CLIC لتكون أبسط وأكثر نظافة وأكثر جراحية. فبدلاً من الهدرونات ، سيعمل CLIC على تسريع الإلكترونات والبوزيترونات ، وهما جسيمان خفيفان وأساسيان. وستقوم هذه الجذابة بتسريع الجسيمات في خط مستقيم ، في أي مكان من 7 إلى 31 ميلاً (11 إلى 50 كم) ، اعتمادًا على التصميم النهائي ، أسفل البرميل مباشرة.
كل هذه الذهول لن يحدث في وقت واحد. الخطة الحالية هي أن تبدأ شركة CLIC في العمل بسعة أقل في عام 2035 ، مباشرة عندما ينخفض المصادم LHC. سيعمل CLIC من الجيل الأول عند 380 جيجا إلكترون فولت (GeV) ، أي أقل من واحد وثلاثين من الطاقة القصوى للمصادم LHC. في الواقع ، حتى القوة التشغيلية الكاملة لـ CLIC ، التي تستهدف حاليًا 3 تيراكترون فولت (TeV) ، هي أقل من ثلث ما يمكن لـ LHC القيام به الآن.
لذا ، إذا لم يتمكن مصادم الجسيمات المتقدم من الجيل التالي من التغلب على ما يمكننا القيام به اليوم ، فما هي الفائدة؟
صياد هيجز
إجابة CLIC هي العمل بذكاء وليس بجد. كان أحد الأهداف العلمية الرئيسية لـ LHC هو العثور على بوزون هيجز ، وهو الجسيم الذي طال البحث عنه والذي يضفي على جزيئات أخرى كتلتها. في الثمانينيات والتسعينيات ، عندما تم تصميم المصادم LHC ، لم نكن متأكدين من وجود Higgs ، ولم يكن لدينا أي فكرة عن كتلته وخصائصه الأخرى. لذلك كان علينا بناء أداة عامة الغرض يمكنها التحقيق في العديد من أنواع التفاعلات التي يمكن أن تكشف جميعها عن هيجز.
وقد فعلنا. مرحى!
ولكن الآن بعد أن علمنا أن Higgs شيء حقيقي ، يمكننا ضبط مصادمينا على مجموعة أضيق من التفاعلات. من خلال القيام بذلك ، سنهدف إلى تصنيع أكبر عدد ممكن من بوزونات هيجز ، وجمع أكوام من البيانات المثيرة وتعلم المزيد عن هذا الجسيم الغامض ، ولكن الأساسي.
وهنا يأتي الجزء الغريب من المصطلحات الفيزيائية التي من المحتمل أن تواجهها هذا الأسبوع: Higgsstrahlung. نعم، تقرأ هذا الحق. هناك عملية في فيزياء الجسيمات تعرف باسم bremsstrahlung ، وهو نوع فريد من الإشعاع ينتج عن مجموعة من الجسيمات الساخنة المحشورة في صندوق صغير. قياساً على ذلك ، عندما تضرب إلكترونًا في وضع في طاقات عالية ، فإنها تدمر بعضها البعض في دش من الطاقة والجسيمات الجديدة ، من بينها بوزون Z مقترنًا بهيجز. وبالتالي ، Higgsstrahlung.
في 380 Gev ، فإن CLIC سيكون مصنعًا Higgsstrahlung غير عادي.
ما وراء الكوارك العلوي
في الورقة الجديدة ، شرح ألكسندر فيليب زارنيكي ، الفيزيائي في جامعة وارسو في بولندا وعضو تعاون CLIC ، الوضع الحالي لتصميم المنشأة ، استنادًا إلى المحاكاة المتطورة للكاشفات وتصادم الجسيمات.
الأمل مع CLIC هو أنه ببساطة عن طريق إنتاج أكبر عدد ممكن من بوزونات Higgs في بيئة نظيفة وسهلة الدراسة ، يمكننا معرفة المزيد عن الجسيم. هل هناك أكثر من هيجز؟ هل يتحدثون مع بعضهم البعض؟ ما مدى قوة تفاعل هيغز مع جميع الجسيمات الأخرى للنموذج القياسي ، وهي النظرية الأساسية للفيزياء دون الذرية؟
سيتم تطبيق الفلسفة نفسها على الكوارك العلوي ، الأقل فهمًا والأكثر ندرة من الكواركات. ربما لم تسمع الكثير عن الكوارك العلوي لأنه نوع من الوحدة - كان آخر كوارك يتم اكتشافه ، ونادراً ما نراه إلا نادراً. حتى في المراحل الأولية ، ستقوم شركة CLIC بتصنيع حوالي مليون كوارك علوي ، مما يوفر قوة إحصائية لم يسمع بها عند استخدام المصادم LHC والمصادمات الأخرى في العصر الحديث. من هناك ، يأمل الفريق وراء CLIC في التحقيق في كيفية تحلل جسيم الكوارك العلوي ، والذي يحدث نادرًا جدًا. ولكن مع وجود مليون منهم ، قد تكون قادرًا على تعلم شيء ما.
لكن هذا ليس كل شيء. من المؤكد أن تجسيد هيغز وكوارك العلوي هو شيء واحد ، لكن التصميم الذكي لـ CLIC يمكّنها من تجاوز حدود النموذج القياسي. حتى الآن ، جفت LHC في بحثها عن جسيمات جديدة وفيزياء جديدة. وبينما لا يزال أمامها الكثير من السنوات لمفاجأتنا ، مع مرور الوقت ، فإن الأمل يتضاءل.
من خلال إنتاجها الخام لعدد لا يحصى من بوزونات هيغز وأعلى الكواركات ، يمكن لـ CLIC البحث عن تلميحات للفيزياء الجديدة. إذا كان هناك بعض الجسيمات أو التفاعلات الغريبة هناك ، فقد يؤثر ذلك ببراعة على سلوكيات هذه الجسيمات وتحللها وتفاعلاتها. قد تنتج CLIC حتى الجسيمات المسؤولة عن المادة المظلمة ، تلك المادة الغامضة غير المرئية التي تغير مسار السماوات. لن يكون المرفق قادرًا على رؤية المادة المظلمة مباشرة ، بالطبع (لأنها مظلمة) ، ولكن يمكن للفيزيائيين اكتشاف متى فقدت الطاقة أو الزخم من أحداث التصادم ، وهي علامة مؤكدة على حدوث شيء غير تقليدي.
من يدري ما قد تكتشفه CLIC؟ ولكن بغض النظر عن ذلك ، يجب أن نتجاوز LHC إذا أردنا فرصة جيدة لفهم الجسيمات المعروفة لكوننا وكشف بعض الجسيمات الجديدة.
بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف "اسأل رائد فضاء" و "راديو الفضاء، "ومؤلف"مكانك في الكون."
