Dünyanın en büyük parçacık çarpıştırıcısında yeni fizik arayışı içinde

Herkes tam olarak bu işin içinde değil. Bazı teorisyenler, yaklaşımın yalnızca çarpıştırıcıdan daha fazla yanlış alarma yol açacağından endişe ediyor; verilerde “iki sigma çarpmaları” gibi daha geçici kesintiler, bu şekilde adlandırılan düşük istatistiksel kesinlik seviyesi nedeniyle. Bunlar genellikle daha fazla veri ve analizle sonunda ortadan kaybolan tesadüflerdir. Koren, böylesi açık uçlu bir teknikte durumun daha da fazla olacağından endişe ediyor: “Görünüşe göre LHC'de daha fazla iki sigma darbesi bulan bir makineye sahip olmak istiyorlar.”

Nachman bana çok fazla geri çevrildiğini söyledi; kıdemli bir fizikçinin kendisine şunu söylediğini söylüyor: “Eğer aklınızda belirli bir model yoksa fizik yapmıyorsunuz demektir.” Belirli modellere dayalı aramaların inanılmaz derecede verimli olduğunu söylüyor – başlıca örnek olarak Higgs bozonunun keşfine işaret ediyor – ancak bunların hikayenin sonu olması gerekmiyor. “Verilerin kendileri adına konuşmasına izin verin” diyor.

Daha büyük makineler inşa etmek

Parçacık fizikçilerinin gelecekte gerçekten isteyeceği şeylerden biri daha kesinliktir. Protonlarla ilgili sorun, her birinin aslında bir kuark demeti olmasıdır. Onları bir araya getirmek atom altı yiyecek savaşına benziyor. Elektronlar (ve onların antipartikülleri olan pozitronlar) gibi bölünmez parçacıkların birbirine çarpması, bilardo masasında meydana gelenler gibi çok daha temiz çarpışmalara neden olur. Karışıklık olmadan araştırmacılar Higgs gibi parçacıkların çok daha hassas ölçümlerini yapabilirler.

Bir elektron-pozitron çarpıştırıcısı o kadar çok Higgs bozonunu o kadar temiz bir şekilde üretir ki buna genellikle “Higgs fabrikası” denir. Ancak şu anda Higgs'i araştırmak için gereken enerjiye yakın herhangi bir yerde elektron-pozitron çarpıştırıcısı yok. Ufuktaki olasılıklardan biri Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı (FCC). İsviçre'de çevresi 55 mil (90 kilometre) olan (LHC'nin üç katı büyüklüğünde) bir yeraltı halkasının kazılması gerekecek. Bu çalışma muhtemelen on milyarlarca dolara mal olacak ve çarpıştırıcı yaklaşık 2050 yılına kadar devreye girmeyecek. Çin ve Japonya'da daha yakın vadeli elektron-pozitron çarpıştırıcıları için iki öneri daha var, ancak sırasıyla jeopolitik ve bütçe sorunları onları zorluyor. daha az çekici beklentiler.

Fizikçiler de daha yüksek enerjilere gitmek isterler. Homiller, “Strateji bizi hiçbir zaman başarısızlığa uğratmadı” diyor. “Daha yüksek enerjiye her gittiğimizde, doğanın yeni bir katmanını keşfettik.” Bunu elektronlarla yapmak neredeyse imkansız olacak; Kütleleri çok düşük olduğundan, bir çarpıştırıcının çevresinde her döngüde protonlardan yaklaşık trilyon kat daha fazla enerji yayarlar. Ancak CERN'in planına göre FCC tüneli, protonları LHC'de mümkün olanın sekiz katı enerjilerde çarpıştıracak şekilde yeniden tasarlanabilir; bundan yaklaşık 50 yıl sonra. Homiller, “Bu tamamen bilimsel açıdan sağlam ve harika” diyor. “Bunu CERN'in yapması gerektiğini düşünüyorum.”

Yüksek enerjilere daha hızlı ulaşabilir miyiz? Aralık ayında, aliteratif olarak adlandırılan Parçacık Fiziği Projesi Önceliklendirme Paneli (P5), alanın yakın geleceği için bir vizyon ortaya koydu. P5, HL-LHC yükseltmesi için devam eden finansman ve kozmosu incelemek için teleskop planları gibi acil öncelikleri ele almanın yanı sıra, müonları çarpıştıracak teknolojiyi geliştirmeye yönelik iddialı bir plan olan “müon atışı”nın takip edilmesini de tavsiye etti.

Müon çarpıştırıcısı fikri, hem yüksek enerjileri hem de parçacıklar bölünmez olduğundan temiz çarpışmaları birleştirme potansiyeli nedeniyle fizikçilerin ilgisini çekti. Yakın zamana kadar ulaşılamayacak bir yer gibi görünüyordu; Müonlar yalnızca 2,2 mikrosaniyede bozunuyor, bu da onlarla çalışmayı son derece zorlaştırıyor. Ancak son on yılda araştırmacılar, diğer şeylerin yanı sıra, makinenin çevresinde hızlanan müonların bozunmasından kaynaklanan enerji bulutunun yönetilmesinin mümkün olabileceğini gösteren ilerlemeler kaydetti. Müon çarpıştırıcısının savunucuları ayrıca daha küçük boyutunu (10 mil), daha hızlı zaman çizelgesini (iyimser olarak, 2045 gibi erken bir tarihte) ve bir ABD sahasının (özellikle, Chicago'nun yaklaşık 50 mil batısındaki Fermi Ulusal Laboratuvarı) olasılığını da öne sürüyorlar.

Pek çok uyarı var: Bir müon çarpıştırıcısı hala ciddi teknik, mali ve politik engellerle karşı karşıyadır ve inşa edilse bile gizli parçacıkları keşfedeceğinin garantisi yoktur. Ancak özellikle genç fizikçiler için panelin müon çarpıştırıcısı Ar-Ge'sini desteklemesi, bir politika tavsiyesinden çok daha fazlasıdır; bu onların geleceği üzerine bir bahistir. Homiller, “Bu tam olarak umduğumuz şeydi” diyor. “Bu, ABD'de parçacık fiziğinin bu heyecan verici, tamamen farklı sınırına sahip olmanın yolunu açıyor.” Bu onun ve diğerlerinin keşfetmeye hevesli olduğu bir sınır.

Dan Garisto, New York'ta yaşayan serbest çalışan bir fizik gazetecisidir.