- Napisane przez Pallaba Ghosha
- Reporter naukowy
Źródło obrazu, Victor de Schwanberg/Biblioteka obrazów naukowych
Grafika: Cząstki ducha są obecnie niewykrywalne
Niektórzy fizycy od dawna podejrzewali, że tajemnicze „widmowe” cząstki w otaczającym nas świecie mogą znacznie poprawić nasze zrozumienie prawdziwej natury wszechświata.
Teraz naukowcy myślą, że znaleźli sposób na udowodnienie, czy istnieje, czy nie.
Europejskie Centrum Badań Cząstek CERN zatwierdziło eksperyment mający na celu znalezienie na to dowodów.
Nowy instrument będzie tysiąc razy bardziej czuły na takie cząstki niż poprzednie urządzenia.
Będzie rozbijać cząstki o stałą powierzchnię, aby je wykryć, zamiast wykrywać je względem siebie, jak ma to miejsce w przypadku głównego instrumentu CERN, Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC).
Czym więc są te cząstki duchy i dlaczego do ich wykrycia potrzebne było nowe podejście?
Obecna teoria fizyki cząstek elementarnych nazywa się Modelem Standardowym.
Teoria ta głosi, że wszystko we wszechświecie składa się z rodziny 17 cząstek – dobrze znanych cząstek, takich jak elektron i bozon Higgsa – oraz mniej znanego, ale cudownie nazwanego kwarku powabnego, neutrina taonowego i gluonu.
Niektóre są mieszane w różnych kombinacjach, tworząc większe, ale wciąż niewiarygodnie małe cząsteczki, które tworzą otaczający nas świat, a także gwiazdy i galaktyki, które widzimy w kosmosie, podczas gdy inne są zaangażowane w siły natury.
Jest jednak problem: astronomowie zaobserwowali na niebie rzeczy – na przykład sposób poruszania się galaktyk – które zdecydowanie sugerują, że wszystko, co możemy zaobserwować, stanowi tylko około pięciu procent Wszechświata.
Niektóre, a nawet cała reszta wszechświata może składać się z „ukrytych” lub „ukrytych” cząstek. Uważa się, że są one widmowymi odpowiednikami 17 cząstek Modelu Standardowego.
Jeśli istnieją, naprawdę trudno je wykryć, ponieważ rzadko wchodzą w interakcję ze światem, jaki znamy. Podobnie jak duchy, przechodzą bezpośrednio przez wszystko i nie mogą zostać wykryte przez żadne ziemskie urządzenie.
Ale teoria jest taka, że cząstki duchy mogą rozpaść się na cząstki modelu standardowego i mogą zostać wyłapane przez detektory.
Zamiast zderzać ze sobą cząstki, co ma miejsce w większości obecnych eksperymentów, SHIP zderza je, tworząc dużą grudkę materiału. Oznacza to, że wszystkie cząsteczki są rozkładane na mniejsze części, a nie wszystkie razem. Poniższy wykres pokazuje, dlaczego podejście oparte na „ustalonym celu” jest bardziej skuteczne.
Lider projektu, profesor Andrei Golotvin z Imperial College w Londynie, powiedział, że eksperyment „reprezentuje nową erę w poszukiwaniu ukrytych cząstek”.
„SHIP ma wyjątkowy potencjał rozwiązania wielu kluczowych problemów fizyki cząstek elementarnych, a my mamy potencjał odkrywania cząstek, których nigdy wcześniej nie widziano” – powiedział.
Poszukiwanie cząstek duchów wymaga specjalnie przystosowanego sprzętu.
Dzięki zwykłym eksperymentom, na przykład z użyciem Wielkiego Zderzacza Hadronów, nowe cząstki można wykryć w odległości do metra od uderzenia. Jednak cząstki duchy mogą pozostać niewidoczne i podróżować dziesiątki, a nawet setki metrów, zanim rozpadną się i ujawnią. Zatem detektory SHIP-a umieszczono znacznie dalej.
„Jesteśmy odkrywcami”
Profesor Mitesh Patel z Imperial College określił nowe podejście jako „genialne”.
„To, co naprawdę mnie ciekawi w tym eksperymencie, to fakt, że te cząstki znajdują się tuż pod naszymi nosami, ale nigdy nie byliśmy w stanie ich zobaczyć ze względu na sposób, w jaki wchodzą w interakcje, a raczej sposób, w jaki nie oddziałują.
„Jesteśmy odkrywcami i uważamy, że możemy zobaczyć coś interesującego w tym nowym terenie. Musimy więc się temu przyjrzeć.”
Według dr Claudii Ahdeda, fizyka z CERN, statek SHIP zostanie zbudowany w istniejących obiektach CERN.
„Wykorzystamy istniejącą jaskinię, infrastrukturę i części, które postaramy się w jak największym stopniu ponownie wykorzystać, a ponadto będziemy dysponować obiektem, który pomoże nam w poszukiwaniu tego ukrytego sektora, którego nigdy wcześniej nie widziano” – dodał. powiedziała.
Projekt SHIP będzie prowadzony równolegle ze wszystkimi innymi eksperymentami CERN, z których największym jest Wielki Zderzacz Hadronów, który od czasu jego ukończenia w 2008 r. poszukuje brakujących 95% Wszechświata, a jego koszt wyniósł 3,75 miliarda funtów. Jak dotąd nie znaleziono żadnych cząstek innych niż model standardowy, dlatego plan jest taki, aby zbudować maszynę trzykrotnie większą i mocniejszą.
Przyszły zderzacz pierścieni będzie kosztować 12 miliardów funtów. Planowana data rozpoczęcia przypada na połowę lat czterdziestych XXI wieku, chociaż pełny potencjał wychwytywania cząstek osiągnie dopiero w roku 2070.
Z kolei badanie SHIP ma rozpocząć się w 2030 r. i będzie około stukrotnie tańsze, a jego koszt wyniesie około 100 milionów funtów. Naukowcy twierdzą jednak, że potrzebne są wszystkie podejścia, aby zbadać wszystkie możliwe opcje w celu znalezienia cząstek, które ich zdaniem doprowadzą do jednego z największych odkryć w fizyce w historii.
Pallabh Ghosh i Kate Stevens wchodzą do największego na świecie akceleratora cząstek, aby dowiedzieć się, dlaczego naukowcy chcą jeszcze większego akceleratora.
„Kawioholik. Fanatyk alkoholu na całe życie. Typowy ekspert podróży. Skłonny do napadów apatii. Internetowy pionier”.
More Stories
Boeing może nie być w stanie obsługiwać pojazdu Starliner przed zniszczeniem stacji kosmicznej
Jak czarne dziury stały się tak duże i szybkie? Odpowiedź kryje się w ciemności
Studentka Uniwersytetu Północnej Karoliny zostanie najmłodszą kobietą, która przekroczy granice kosmosu na pokładzie Blue Origin