S Velkým hadronem Colliderem se nikdo nedělá. Je to nejvyšší kouř z částic současného věku a nic se nedotkne jeho energetických schopností ani schopnosti studovat hranice fyziky. Ale všechna sláva je přechodná a nic netrvá věčně. Nakonec, někde kolem roku 2035, zhasnou světla v tomto 17 mil dlouhém (27 km) kruhu energie. Co následuje?
Konkurenční skupiny na celém světě se snaží zajistit finanční podporu, aby se jejich nápady na srážky domácích zvířat staly další velkou věcí. Jeden návrh byl popsán 13. srpna v novinách v předtiskovém deníku arXiv. Známý jako kompaktní lineární srážka (nebo CLIC, protože je to roztomilé) se zdá, že přední masivní navrhovaný masivní, subatomický železniční kanón je přední. Jaká je skutečná povaha Higgsova bosonu? Jaký je její vztah k top kvarku? Můžeme najít nějaké náznaky fyziky nad rámec standardního modelu? CLIC může být schopen odpovědět na tyto otázky. Jedná se pouze o srážce částic delší než Manhattan.
Subatomické závody
Large Hadron Collider (LHC) rozbije dohromady poněkud těžké částice známé jako hadrony (odtud název zařízení). Ve svém těle máte spoustu hadronů; protony a neutrony jsou nejčastějšími zástupci mikroskopického klanu. V LHC obíhají hadroni obří kruh, dokud se nepřiblíží k rychlosti světla a nezačnou se rozbíjet. Přestože je LHC působivá - LHC dosahuje energií nepřekonatelných jakýmkoli jiným zařízením na Zemi - celá aféra je naprosto chaotická. Koneckonců, hadrony jsou konglomerátové částice, jen pytle jiných, jemnějších, podstatnějších věcí, a když hadrony rozbijí, všechna jejich střeva se rozlije všude, což komplikuje analýzu.
Naproti tomu CLIC je navržen tak, aby byl mnohem jednodušší, čistší a chirurgičtější. Místo hadronů CLIC urychlí elektrony a pozitrony, dvě lehké základní částice. A tento kouř zrychlí částice v přímé linii, kdekoli od 7 do 31 km (11 až 50 km), v závislosti na konečné konstrukci, přímo po hlavni.
Všechny tyto úžasnosti se nestanou najednou. Současný plán je, že CLIC bude v roce 2035 pokračovat s nižší kapacitou, právě když se LHC stahuje. První generace CLIC bude pracovat s pouhými 380 gigaelectronvolty (GeV), méně než jednu třicetinu maximálního výkonu LHC. Ve skutečnosti je dokonce i plná provozní síla CLIC, která je v současné době zaměřena na 3 teraelektronvolty (TeV), menší než třetina toho, co LHC může udělat nyní.
Takže pokud pokročilý, příští generátor částic nemůže porazit to, co můžeme dnes udělat, co má smysl?
Higgs lovec
Odpověď CLIC je pracovat chytřeji, ne těžší. Jedním z hlavních vědeckých cílů LHC bylo najít Higgsův boson, dlouho hledanou částici, která ostatním částečkám propůjčuje jejich hmotu. V 80. a 90. letech, kdy se navrhoval LHC, jsme si nebyli jisti, že Higgs vůbec existuje, a neměli jsme ani ponětí, jaká je jeho hmotnost a další vlastnosti. Museli jsme tedy vytvořit univerzální nástroj, který by mohl prozkoumat mnoho typů interakcí, které by všechny mohly odhalit Higgsa.
A udělali jsme to. Hurá!
Ale teď, když víme, že Higgs je skutečná věc, můžeme naladit naše srážky na mnohem užší sadu interakcí. Zaměříme se na to, abychom vyrobili co nejvíce Higgsových bosonů, shromáždili hromady šťavnatých dat a dozvěděli se mnohem více o této záhadné, ale základní částici.
A tady přichází možná nejpodivnější kousek fyzického žargonu, se kterým se pravděpodobně setkáte tento týden: Higgsstrahlung. Jo, četl jsi to správně. Ve fyzice částic je proces zvaný bremsstrahlung, což je jedinečný druh záření produkovaného svazkem horkých částic nabitých do malé krabičky. Analogicky, když zabijete elektron do polohy při vysokých energiích, navzájem se ničí ve sprše energie a nových částic, mezi nimi i boson Z spárovaný s Higgsem. Proto, Higgsstrahlung.
Na 380 Gev bude CLIC výrobním závodem v Higgsstrahlungu.
Za horním kvarkem
V novém článku vysvětlil Aleksander Filip Zarnecki, fyzik na Varšavské univerzitě v Polsku a člen spolupráce CLIC, současný stav konstrukce zařízení na základě sofistikovaných simulací detektorů a srážky částic.
Naděje na CLIC spočívá v tom, že jednoduše produkujeme co nejvíce Higgsových bosonů v čistém, snadno studovatelném prostředí a můžeme se dozvědět více o částici. Existuje více než jeden Higgs? Mluví spolu navzájem? Jak silně interaguje Higgs se všemi ostatními částicemi standardního modelu, hlavní teorie subatomické fyziky?
Stejná filosofie bude aplikována na nejvyšší kvark, nejméně dobře pochopený a nejvzácnější z kvarků. Pravděpodobně jste o horním kvarku moc neslyšeli, protože je to druh samotáře - byl to poslední kvark, který byl objeven, a my jsme ho viděli jen zřídka. Dokonce i v počátečních fázích bude CLIC vyrábět přibližně 1 milion top kvarků, což poskytne statistickou sílu neslýchanou při používání LHC a dalších moderních koliderů. Odtud tým za CLIC doufá, že prozkoumá, jak se top kvarkové částice rozpadají, což se stává velmi zřídka. Ale s milionem z nich byste se mohli něco naučit.
Ale to není všechno. Jistě, je to jedna věc k vymezení Higgs a top kvarku, ale inteligentní design CLIC mu umožňuje posouvat hranice standardního modelu. Dosud LHC při hledání nových částic a nové fyziky vyschlo. I když nám ještě zbývá mnoho let, aby nás překvapilo, jak časy pokračují, naděje se zmenšuje.
Díky své surové produkci bezpočtu Higgsových bosonů a top kvarků může CLIC hledat náznaky nové fyziky. Pokud tam existuje nějaká exotická částice nebo interakce, mohla by jemně ovlivnit chování, rozpady a interakce těchto dvou částic. CLIC může dokonce vytvořit částici zodpovědnou za temnou hmotu, tuto záhadnou, neviditelnou hmotu, která mění běh nebes. Zařízení samozřejmě nebude moci vidět tmavou hmotu přímo, samozřejmě (protože je tma), ale fyzici mohou spatřit, když v kolizních událostech zmizí energie nebo hybnost, což je jisté znamení, že se děje něco zábavného.
Kdo ví, co CLIC může objevit? Ale bez ohledu na to, musíme jít za LHC, pokud chceme slušnou šanci pochopit známé částice našeho vesmíru a odhalit některé nové.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel „Zeptejte se Spacemana" a "Vesmírné rádio, „a autor“Vaše místo ve vesmíru."
