भौतिकशास्त्रको गतिरोधबाट कसरी बाहिर निस्कने?

अर्को पुस्ताको पार्टिकल कोलाइडरमा अर्बौं डलर खर्च हुनेछ। युरोप र चीनमा यस्ता यन्त्रहरू निर्माण गर्ने योजनाहरू छन्, तर वैज्ञानिकहरूले यो अर्थपूर्ण छ कि भनेर प्रश्न गरेका छन्। हुनसक्छ हामीले प्रयोग र अनुसन्धानको नयाँ तरिका खोज्नु पर्छ जसले भौतिक विज्ञानमा सफलताको नेतृत्व गर्नेछ? 

मानक मोडेल बारम्बार पुष्टि गरिएको छ, ठूलो Hadron कोलाइडर (LHC) मा सहित, तर यसले भौतिक विज्ञानको सबै अपेक्षाहरू पूरा गर्दैन। यसले कालो पदार्थ र कालो ऊर्जाको अस्तित्व, वा किन गुरुत्वाकर्षण अन्य आधारभूत शक्तिहरू भन्दा फरक छ जस्ता रहस्यहरू व्याख्या गर्न सक्दैन।

विज्ञानमा परम्परागत रूपमा त्यस्ता समस्याहरूसँग व्यवहार गर्ने, यी परिकल्पनाहरूलाई पुष्टि गर्ने वा खण्डन गर्ने तरिका छ। अतिरिक्त डाटा को संग्रह - यस अवस्थामा, राम्रो टेलिस्कोप र माइक्रोस्कोपहरूबाट, र सम्भवतः पूर्ण रूपमा नयाँ, अझ ठूलोबाट सुपर बम्पर जसले पत्ता लगाउने अवसर सिर्जना गर्नेछ सुपरसिमेट्रिक कणहरू।

2012 मा, चिनियाँ एकेडेमी अफ साइन्सको उच्च ऊर्जा भौतिकी संस्थानले एक विशाल सुपर काउन्टर निर्माण गर्ने योजनाको घोषणा गर्‍यो। नियोजित इलेक्ट्रोन पोजिट्रोन कोलाइडर (CEPC) यसको परिधि लगभग 100 किलोमिटर हुनेछ, LHC को लगभग चार गुणा (1)। प्रतिक्रियामा, 2013 मा, LHC को अपरेटर, अर्थात् CERN, नामक नयाँ टक्कर उपकरणको लागि आफ्नो योजना घोषणा गर्‍यो। भविष्य सर्कुलर कोलाइडर (FCC).

1. नियोजित CEPC, FCC र LHC एक्सेलेटरहरूको आकार तुलना।

यद्यपि, वैज्ञानिकहरू र इन्जिनियरहरू सोचिरहेका छन् कि यी परियोजनाहरू ठूलो लगानीको लायक हुनेछन्। पार्टिकल फिजिक्समा नोबेल पुरस्कार विजेता चेन-निङ याङले तीन वर्षअघि आफ्नो ब्लगमा नयाँ सुपरसिमेट्री प्रयोग गरेर सुपरसिमेट्रीको ट्रेस खोज्ने कार्यको आलोचना गरेका थिए र यसलाई "अनुमान गर्ने खेल" भनेका थिए। धेरै महँगो अनुमान। यो चीनमा धेरै वैज्ञानिकहरू द्वारा प्रतिध्वनित भएको थियो, र युरोपमा, विज्ञानका दिग्गजहरूले FCC परियोजनाको बारेमा उही भावनामा बोलेका थिए।

फ्रान्कफर्टको इन्स्टिच्युट फर एडभान्स स्टडीका भौतिकशास्त्री सबिन होसेनफेल्डरले गिज्मोडोलाई यो रिपोर्ट गरेका थिए। -

थप शक्तिशाली टक्करहरू सिर्जना गर्ने परियोजनाहरूको आलोचकहरूले यो निर्माण गर्दाको अवस्था भन्दा फरक रहेको टिप्पणी गर्छन्। हामीले पनि खोजिरहेका थियौं भन्ने कुरा त्यतिबेला थाहा भयो बोग्स हिग्स। अब लक्ष्यहरू कम परिभाषित छन्। र हिग्स खोज समायोजन गर्न अपग्रेड गरिएको लार्ज ह्याड्रन कोलाइडर द्वारा संचालित प्रयोगहरूको नतिजाहरूमा मौनता - 2012 पछि कुनै सफलता निष्कर्षहरू बिना - केहि अशुभ छ।

थप रूपमा, त्यहाँ एक प्रसिद्ध छ, तर सायद विश्वव्यापी छैन, यो तथ्य हो LHC मा प्रयोगहरूको नतिजाको बारेमा हामीलाई थाहा भएको सबै कुरा त्यतिबेला प्राप्त डाटाको लगभग 0,003% को विश्लेषणबाट आउँछ। हामीले थप सम्हाल्न सकेनौं। हामीलाई सताउने भौतिक विज्ञानका महान् प्रश्नहरूको जवाफ हामीले विचार नगरेको ९९.९९७% मा छ भन्ने कुरालाई नकार्न सकिँदैन। त्यसोभए तपाईलाई अर्को ठूलो र महँगो मेसिन बनाउनको लागि यति धेरै आवश्यक छैन, तर धेरै थप जानकारीको विश्लेषण गर्ने तरिका खोज्न?

यो विचार गर्न लायक छ, विशेष गरी जब भौतिकशास्त्रीहरूले कारबाट अझ बढी निचोड गर्ने आशा गर्छन्। भर्खरै सुरु भएको दुई वर्षको डाउनटाइम (तथाकथित) लाई मर्मतसम्भारको लागि अनुमति दिँदै, २०२१ सम्म कोलाइडरलाई निष्क्रिय राख्नेछ।2)। त्यसपछि सन् २०२३ मा ठूला स्तरवृद्धि गरिनुअघि सन् २०२६ मा सम्पन्न हुने गरी समान वा केही हदसम्म उच्च ऊर्जामा सञ्चालन सुरु हुनेछ।

यो स्तरवृद्धिमा एक बिलियन डलर (FCC को नियोजित लागतको तुलनामा सस्तो) खर्च हुनेछ, र यसको लक्ष्य तथाकथित सिर्जना गर्नु हो। उच्च चमक-LHC। 2030 सम्म, यसले प्रति सेकेन्ड कारले उत्पादन गर्ने टक्करहरूको संख्या दस गुणा बढाउन सक्छ।

2. LHC मा मर्मत कार्य

यो एक न्यूट्रिनो थियो

LHC मा पत्ता नलागेको कण मध्ये एक, यद्यपि यो आशा गरिएको थियो, विम्प (-कमजोर अन्तरक्रिया गर्ने विशाल कणहरू)। यी काल्पनिक भारी कणहरू हुन् (१० GeV / s² बाट धेरै TeV / s² सम्म, जबकि प्रोटोन द्रव्यमान 10 GeV / s² भन्दा थोरै कम छ) कमजोर अन्तरक्रियासँग तुलना गर्न सकिने बलसँग दृश्यात्मक पदार्थसँग अन्तरक्रिया गर्ने। तिनीहरूले अंधेरा पदार्थ भनिने रहस्यमय द्रव्यमानको व्याख्या गर्नेछन्, जुन ब्रह्माण्डमा साधारण पदार्थभन्दा पाँच गुणा बढी हुन्छ।

LHC मा, प्रयोगात्मक डाटाको यी 0,003% मा कुनै WIMPs फेला परेनन्। यद्यपि, यसको लागि सस्तो विधिहरू छन् - उदाहरणका लागि। XENON-NT प्रयोग (3), तरल क्सीननको विशाल भ्याट इटालीमा गहिरो भूमिगत र अनुसन्धान नेटवर्कमा खुवाउने प्रक्रियामा। दक्षिण डकोटाको Xenon, LZ को अर्को ठूलो भ्याटमा, खोजी 2020 को रूपमा सुरु हुनेछ।

अतिसंवेदनशील अल्ट्राकोल्ड सेमीकन्डक्टर डिटेक्टरहरू समावेश भएको अर्को प्रयोग भनिन्छ सुपरकेडीएमएस स्नोलैब, २०२० को सुरुमा ओन्टारियोमा डाटा अपलोड गर्न थाल्नेछ। त्यसोभए 2020 औं शताब्दीको 20s मा यी रहस्यमय कणहरूलाई अन्ततः "शुटिङ" गर्ने सम्भावना बढ्दै गएको छ।

विम्प्स मात्र डार्क मेटरका उम्मेद्वारहरू होइनन् जसलाई वैज्ञानिकहरूले खोजेका छन्। यसको सट्टा, प्रयोगहरूले एक्सियन नामक वैकल्पिक कणहरू उत्पादन गर्न सक्छन्, जुन न्यूट्रिनोजस्तै प्रत्यक्ष रूपमा अवलोकन गर्न सकिँदैन।

यो धेरै सम्भावना छ कि अर्को दशक न्यूट्रिनोसँग सम्बन्धित आविष्कारहरूसँग सम्बन्धित छ। तिनीहरू ब्रह्माण्डमा सबैभन्दा प्रचुर मात्रामा कणहरू हुन्। एकै समयमा, अध्ययन गर्न सबैभन्दा गाह्रो मध्ये एक, किनभने न्यूट्रिनो साधारण पदार्थ संग धेरै कमजोर अन्तरक्रिया गर्दछ।

वैज्ञानिकहरूले लामो समयदेखि थाहा पाएका छन् कि यो कण तीन अलग-अलग तथाकथित स्वादहरू र तीन अलग-अलग मास राज्यहरू मिलेर बनेको छ - तर तिनीहरू स्वादहरूसँग ठ्याक्कै मेल खाँदैनन्, र प्रत्येक स्वाद क्वान्टम मेकानिक्सका कारण तीन द्रव्यमान अवस्थाहरूको संयोजन हो। अन्वेषकहरूले यी जनसमूहहरूको सही अर्थ र प्रत्येक सुगन्ध सिर्जना गर्न संयोजन गर्दा तिनीहरू देखा पर्ने क्रम पत्ता लगाउने आशा गर्छन्। जस्ता प्रयोगहरू क्याथरिन जर्मनीमा, तिनीहरूले आगामी वर्षहरूमा यी मानहरू निर्धारण गर्न आवश्यक डाटा सङ्कलन गर्नुपर्छ।

3. XENON-nT डिटेक्टर मोडेल

न्युट्रिनोमा अनौठो गुण हुन्छ । अन्तरिक्षमा यात्रा गर्दै, उदाहरणका लागि, तिनीहरू स्वादहरू बीच ओसिलिलेट जस्तो देखिन्छ। बाट विज्ञहरू Jiangmen भूमिगत न्यूट्रिनो वेधशाला चीनमा, जसले अर्को वर्ष नजिकैको आणविक उर्जा केन्द्रहरूबाट उत्सर्जित न्यूट्रिनोहरूको डाटा सङ्कलन गर्न थाल्नेछ।

यस प्रकारको परियोजना छ सुपर-कमियोकांडे, जापानमा पर्यवेक्षण लामो समयदेखि भइरहेको छ। अमेरिकाले आफ्नै न्यूट्रिनो परीक्षण साइटहरू निर्माण गर्न थालेको छ। LBNF इलिनोइसमा र गहिराईमा न्युट्रिनोको प्रयोग बालुवाको ढिस्को दक्षिण डकोटा मा।

$1,5 बिलियन बहु-देशीय वित्त पोषित LBNF/DUNE परियोजना 2024 मा सुरु हुने र 2027 सम्ममा पूर्ण रूपमा सञ्चालन हुने अपेक्षा गरिएको छ। न्युट्रिनोको रहस्य खोल्न डिजाइन गरिएका अन्य प्रयोगहरू समावेश छन् AVENUE, टेनेसीको ओक रिज राष्ट्रिय प्रयोगशालामा, र छोटो आधार रेखा न्यूट्रिनो कार्यक्रम, Fermilab, इलिनोइस मा।

बारीमा, परियोजना मा पौराणिक कथा-२००, 2021 मा खोल्ने तालिका, न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय भनेर चिनिने घटनाको अध्ययन गरिनेछ। यो अनुमान गरिएको छ कि एक परमाणुको केन्द्रकबाट दुई न्युट्रोनहरू एकैसाथ प्रोटोनहरूमा क्षय हुन्छन्, जसमध्ये प्रत्येकले इलेक्ट्रोनलाई बाहिर निकाल्छ र , अर्को न्युट्रिनोको सम्पर्कमा आउँछ र नष्ट हुन्छ।

यदि यस्तो प्रतिक्रिया अवस्थित छ भने, यसले प्रमाण प्रदान गर्नेछ कि न्यूट्रिनोहरू आफ्नै एन्टिमेटर हुन्, अप्रत्यक्ष रूपमा प्रारम्भिक ब्रह्माण्डको बारेमा अर्को सिद्धान्त पुष्टि गर्दै - किन एन्टिमेटर भन्दा बढी पदार्थ छ भनेर व्याख्या गर्दै।

भौतिकशास्त्रीहरू पनि अन्ततः रहस्यमय अँध्यारो ऊर्जालाई हेर्न चाहन्छन् जुन अन्तरिक्षमा छिर्छ र ब्रह्माण्डको विस्तार हुन्छ। गाढा ऊर्जा स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरण (DESI) ले गत वर्ष मात्र काम गर्न थाल्यो र २०२० मा लन्च हुने अपेक्षा गरिएको छ। ठूलो सिनोप्टिक सर्वेक्षण टेलिस्कोप चिलीमा, नेशनल साइन्स फाउन्डेशन/ऊर्जा विभाग द्वारा पाइलट गरिएको, यो उपकरण प्रयोग गरेर पूर्ण अनुसन्धान कार्यक्रम २०२२ मा सुरु हुनेछ।

अर्कोतीर (4), जुन बहिर्गमन दशकको घटना बन्ने भाग्यमा थियो, अन्ततः बीसौं वार्षिकोत्सवको नायक बन्नेछ। नियोजित खोजहरूको अतिरिक्त, यसले आकाशगंगाहरू र तिनीहरूको घटनाहरू अवलोकन गरेर अँध्यारो ऊर्जाको अध्ययनमा योगदान पुर्‍याउँछ।

4. जेम्स वेब टेलिस्कोपको दृश्यावलोकन

हामीले के सोध्ने हो

सामान्य अर्थमा, अबको दश वर्षदेखि हामीले उही अनुत्तरित प्रश्नहरू सोध्ने हो भने भौतिक विज्ञानमा अर्को दशक सफल हुनेछैन। हामीले चाहेको जवाफ पाउँदा यो धेरै राम्रो हुनेछ, तर पूर्णतया नयाँ प्रश्नहरू उठ्दा पनि, किनकि भौतिक विज्ञानले "मसँग कुनै प्रश्नहरू छैनन्" भनी भन्ने परिस्थितिमा हामी भरोसा गर्न सक्दैनौं।