S veľkým Hadronom Colliderom sa nikto neporiada. Je to najvyšší časticový fajčiak súčasnej doby a nič sa nedotkne jeho energetických schopností alebo schopnosti študovať hranice fyziky. Ale všetka sláva je dočasná a nič netrvá večne. Nakoniec, niekde okolo roku 2035, zhasnú svetlá v tomto 17-kilometrovom (27 km) okruhu energie. Čo potom?
Konkurenčné skupiny na celom svete sa snažia zaistiť finančnú podporu, aby sa ich nápady pre domácich miláčikov stali ďalšou veľkou vecou. Jeden návrh bol opísaný 13. augusta v dokumente v predtlačovom časopise arXiv. Známy ako kompaktný lineárny kolider (alebo CLIC, pretože je to roztomilé), navrhovaný masívny subatomický železničný kanón sa javí ako predný bežec. Aká je skutočná povaha Higgsovho bozónu? Aký je jeho vzťah k top kvarku? Môžeme nájsť nejaké náznaky fyziky nad rámec štandardného modelu? CLIC môže byť schopný na tieto otázky odpovedať. Zahŕňa iba zrážač častíc dlhší ako Manhattan.
Subatomické pretekanie
Large Hadron Collider (LHC) rozbije spolu trochu ťažké častice známe ako hadróny (odtiaľ názov zariadenia). Vo svojom tele máte veľa hadrónov; protóny a neutróny sú najbežnejšími predstaviteľmi tohto mikroskopického klanu. Na LHC obiehajú hadróny v obrovskom kruhu, až kým nedosiahnu rýchlosť svetla a nezačnú rozbíjať. Aj keď je pôsobivý - LHC dosahuje energie, ktoré sa nedá dosiahnuť žiadnym iným zariadením na Zemi - celá aféra je veľmi chaotická. Hadrony sú koniec koncov konglomerátnymi časticami, iba vreckami iných, jemnejších, základných vecí, a keď sa hadrony rozbijú, všetky ich vnútornosti sa rozliajú všade, čo komplikuje analýzu.
Naopak, CLIC je navrhnutý tak, aby bol omnoho jednoduchší, čistejší a chirurgickejší. Namiesto hadrónov urýchli CLIC elektróny a pozitróny, dve ľahké základné častice. A tento atraktant zrýchli častice v priamej línii, kdekoľvek od 7 do 31 míľ (11 až 50 km), v závislosti od konečného návrhu, priamo po hlavni.
Všetky tieto úžasnosti sa nestanú naraz. Aktuálnym plánom je, aby CLIC v roku 2035 pokračoval s nižšou kapacitou, hneď ako sa LHC likviduje. Prvá generácia CLIC bude fungovať iba pri 380 gigaelektronvoltoch (GeV), čo je menej ako jedna tretina maximálneho výkonu LHC. V skutočnosti je dokonca aj plná prevádzková sila CLIC, ktorá je v súčasnosti zameraná na 3 teraelektronvolty (TeV), menšia ako tretina toho, čo môže LHC urobiť teraz.
Ak teda pokročilý, urýchľovač častíc novej generácie nedokáže poraziť to, čo dnes môžeme urobiť, čo má zmysel?
Higgsov lovec
Odpoveď CLIC je pracovať inteligentnejšie, nie ťažšie. Jedným z hlavných vedeckých cieľov LHC bolo nájsť Higgsov bozón, dlho hľadanú časticu, ktorá požičiava ostatným časticiam ich hmotu. V 80. a 90. rokoch minulého storočia, keď sa navrhoval LHC, sme si neboli istí, či Higgs existoval, a vôbec sme netušili, aké sú jeho masy a ďalšie vlastnosti. Museli sme teda vybudovať univerzálny nástroj, ktorý by mohol skúmať veľa typov interakcií, ktoré by všetky mohli odhaliť Higgsa.
A urobili sme to. Hurá!
Ale teraz, keď vieme, že Higgs je skutočná vec, môžeme naladiť našich kolizorov na oveľa užšiu skupinu interakcií. Naším cieľom je vyrobiť čo najviac Higgsových bozónov, zhromaždiť hromady šťavnatých údajov a dozvedieť sa oveľa viac o tejto záhadnej, ale základnej častici.
A tu prichádza snáď najpodivnejší kúsok fyzikálneho žargónu, s ktorým sa pravdepodobne stretnete tento týždeň: Higgsstrahlung. Áno, čítate to správne. Vo fyzike častíc je známy proces, ktorý sa nazýva bremsstrahlung, čo je jedinečný druh žiarenia vytváraného zväzkom horúcich častíc napchatých do malej skrinky. Analogicky, keď bijete elektrón do polohy pri vysokých energiách, navzájom sa ničia v sprche energie a nových častíc, medzi nimi aj bozón Z spárovaný s Higgsom. Preto, Higgsstrahlung.
Na 380 Gev bude CLIC výrobným závodom v Higgsstrahlungu.
Za horným kvarkom
V novom dokumente, Aleksander Filip Zarnecki, fyzik na Varšavskej univerzite v Poľsku a člen spolupráce CLIC, vysvetlil súčasný stav konštrukcie zariadenia na základe sofistikovaných simulácií detektorov a zrážok častíc.
Nádej s CLIC spočíva v tom, že jednoduchým vyprodukovaním čo najväčšieho množstva Higgsových bozónov v čistom a ľahko študovateľnom prostredí sa môžeme dozvedieť viac o časticiach. Existuje viac ako jeden Higgs? Rozprávajú sa navzájom? Ako silno interaguje Higgs so všetkými ostatnými časticami štandardného modelu, základnou teóriou subatomovej fyziky?
Rovnaká filozofia sa bude uplatňovať na top kvarky, najmenej dobre zrozumiteľné a najvzácnejšie kvarky. Pravdepodobne ste o hornom kvarku veľa nepočuli, pretože je to druh samotárstva - bol to posledný kvark, ktorý sa objavil, a my sme ho len zriedka videli. Dokonca aj v počiatočných fázach bude CLIC vyrábať približne 1 milión top kvarkov, čím poskytne štatistickú silu, o ktorej sa doposiaľ nevie dozvedieť pri používaní LHC a iných moderných kolizorov. Odtiaľ tím za CLIC dúfa, že bude skúmať, ako sa top kvarkové častice rozkladajú, čo sa stáva veľmi zriedka. Ale s miliónom z nich by ste sa mohli niečo naučiť.
Ale to nie je všetko. Iste, je to jedna vec, ktorá obsahuje vlastnosti Higgsov a top kvarkov, ale inteligentný dizajn CLIC mu umožňuje posunúť hranice štandardného modelu. Doteraz LHC pri hľadaní nových častíc a novej fyziky vyschla. Aj keď nás ešte stále čaká veľa rokov, aby nás prekvapilo, ako plynie čas, nádej sa zmenšuje.
Prostredníctvom svojej surovej výroby nespočetných Higgsových bozónov a top kvarkov môže CLIC hľadať náznaky novej fyziky. Ak tam vonku je nejaká exotická častica alebo interakcia, mohla by jemne ovplyvniť správanie, rozpady a interakcie týchto dvoch častíc. CLIC môže dokonca vytvoriť časticu zodpovednú za temnú hmotu, túto záhadnú, neviditeľnú hmotu, ktorá mení priebeh nebies. Zariadenie samozrejme nebude môcť priamo vidieť temnú hmotu (pretože je tma), ale fyzici môžu v prípade kolíznych udalostí stratiť energiu alebo hybnosť, čo je istým znakom toho, že sa deje niečo zábavné.
Kto vie, čo CLIC môže objaviť? Bez ohľadu na to však musíme ísť nad rámec LHC, ak chceme slušnú šancu pochopiť známe častice nášho vesmíru a odhaliť niektoré nové.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ „Spýtajte sa Spaceman" a „Vesmírne rádio, „a autor“Vaše miesto vo vesmíre."
