Vova Krasen
0 
1413
190
Niemand knoeit met de Large Hadron Collider. Het is de allerhoogste deeltjesvernietiger van het huidige tijdperk, en niets kan zijn energievermogen of het vermogen om de grenzen van de fysica te bestuderen aantasten. Maar alle glorie is van voorbijgaande aard en niets duurt eeuwig. Uiteindelijk, ergens rond 2035, zullen de lichten op deze 27 kilometer lange stroomring uitgaan. Wat komt daarna?
Concurrerende groepen over de hele wereld verdringen zich om financiële steun te krijgen om van hun huisdier-collider-ideeën het volgende grote ding te maken. Eén ontwerp werd op 13 augustus beschreven in een paper in het preprint-tijdschrift arXiv. Bekend als de Compact Linear Collider (of CLIC, want dat is schattig), lijkt het voorgestelde massieve, subatomaire railkanon de koploper te zijn. Wat is de ware aard van het Higgs-deeltje? Wat is de relatie met de top-quark? Kunnen we enige natuurkundige hints vinden die verder gaan dan het standaardmodel? CLIC kan die vragen wellicht beantwoorden. Het betreft alleen een deeltjesversneller die langer is dan Manhattan.
Verwant: De grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde
Subatomaire dragracen
De Large Hadron Collider (LHC) slaat ietwat zware deeltjes tegen elkaar die bekend staan als hadronen (vandaar de naam van de faciliteit). Je hebt een hoop hadronen in je lichaam; protonen en neutronen zijn de meest voorkomende vertegenwoordigers van die microscopische clan. Bij de LHC gaan de hadrons rond en rond in een gigantische cirkel, totdat ze de snelheid van het licht naderen en beginnen te breken. Hoewel indrukwekkend - de LHC bereikt energieën die door geen enkel ander apparaat op aarde worden geëvenaard - is de hele zaak een beetje rommelig. Hadronen zijn tenslotte conglomeraatdeeltjes, gewoon zakken met andere, kleinere, meer fundamentele dingen, en wanneer hadronen kapot gaan, morsen al hun ingewanden overal, wat analyse ingewikkeld maakt.
Daarentegen is CLIC ontworpen om veel eenvoudiger, schoner en chirurgischer te zijn. In plaats van hadronen versnelt CLIC elektronen en positronen, twee lichte, fundamentele deeltjes. En deze smasher zal deeltjes in een rechte lijn versnellen, overal van 7 tot 31 mijl (11 tot 50 km), afhankelijk van het uiteindelijke ontwerp, helemaal door het vat.
Al deze ontzagwekkende dingen zullen niet allemaal tegelijk gebeuren. Het huidige plan is dat CLIC in 2035 met een lagere capaciteit van start gaat, precies wanneer de LHC aan het afbouwen is. De CLIC van de eerste generatie werkt op slechts 380 giga-elektronvolt (GeV), minder dan een dertigste van het maximale vermogen van de LHC. In feite is zelfs het volledige operationele vermogen van CLIC, momenteel gericht op 3 tera-elektronvolt (TeV), minder dan een derde van wat de LHC nu kan doen.
Dus als een geavanceerde deeltjesversneller van de volgende generatie niet kan verslaan wat we vandaag kunnen doen, wat heeft het dan voor zin?
Higgs-jager
CLIC's antwoord is om slimmer te werken, niet harder. Een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van de LHC was om het Higgs-deeltje te vinden, het lang gezochte deeltje dat andere deeltjes hun massa geeft. In de jaren tachtig en negentig, toen de LHC werd ontworpen, wisten we niet zeker of de Higgs zelfs bestonden, en we hadden geen idee wat de massa en andere eigenschappen waren. We moesten dus een instrument voor algemene doeleinden bouwen dat vele soorten interacties kon onderzoeken die allemaal mogelijk een Higgs.
En dat hebben we gedaan. Hoera!
Maar nu we weten dat de Higgs echt is, kunnen we onze colliders afstemmen op een veel nauwere reeks interacties. Daarbij streven we ernaar om zoveel mogelijk Higgs-bosonen te maken, hopen sappige gegevens te verzamelen en veel meer te leren over dit mysterieuze, maar fundamentele deeltje.
En hier komt misschien het vreemdste stukje natuurkundig jargon dat je deze week waarschijnlijk zult tegenkomen: Higgsstrahlung. Ja, je leest het goed. Er is een proces in de deeltjesfysica dat bekend staat als remstraling, een uniek soort straling die wordt geproduceerd door een stel hete deeltjes die in een klein doosje zijn gepropt. Naar analogie, wanneer je een elektron in een positie met hoge energieën slaat, vernietigen ze elkaar in een stortvloed van energie en nieuwe deeltjes, waaronder een Z-boson gekoppeld aan een Higgs. Vandaar Higgsstrahlung.
Op 380 Gev zal de CLIC een buitengewone fabriek in Higgsstrahlung zijn.
Verwant: 18 keer kwantummechanica blies ons hoofd
Voorbij de top-quark
In het nieuwe artikel legde Aleksander Filip Zarnecki, een natuurkundige aan de Universiteit van Warschau in Polen en lid van de CLIC-samenwerking, de huidige status van het ontwerp van de faciliteit uit op basis van geavanceerde simulaties van de detectoren en deeltjesbotsingen..
De hoop met CLIC is dat door simpelweg zoveel mogelijk Higgs-bosonen te produceren in een schone, gemakkelijk te bestuderen omgeving, we meer over het deeltje kunnen leren. Zijn er meer dan één Higgs? Praten ze met elkaar? Hoe sterk interageert de Higgs met alle andere deeltjes van het standaardmodel, de belangrijkste theorie van de subatomaire fysica?
Dezelfde filosofie zal worden toegepast op de top-quark, de minst goed begrepen en zeldzaamste van de quarks. Je hebt waarschijnlijk niet veel gehoord over de top-quark omdat het een soort eenling is - het was de laatste quark die werd ontdekt, en we zien het maar zelden. Zelfs in de beginfase zal CLIC ongeveer 1 miljoen top-quarks produceren, wat een ongekend statistisch vermogen oplevert bij het gebruik van de LHC en andere moderne colliders. Van daaruit hoopt het team achter CLIC te onderzoeken hoe het top-quarkdeeltje vervalt, wat zeer zelden gebeurt. Maar met een miljoen van hen, zou je misschien iets kunnen leren.
Maar dat is niet alles. Natuurlijk is het één ding om de Higgs en de top quark uit te werken, maar het slimme ontwerp van CLIC stelt het in staat om de grenzen van het standaardmodel te verleggen. Tot dusverre is de LHC drooggevallen in zijn zoektocht naar nieuwe deeltjes en nieuwe fysica. Hoewel er nog genoeg jaren over zijn om ons te verrassen, neemt de hoop met het verstrijken van de tijd af.
Door de ruwe productie van talloze Higgs-bosonen en top-quarks kan CLIC op zoek gaan naar hints van nieuwe fysica. Als er een exotisch deeltje of interactie is, kan dit op subtiele wijze het gedrag, het verval en de interacties van deze twee deeltjes beïnvloeden. CLIC kan zelfs het deeltje produceren dat verantwoordelijk is voor donkere materie, die mysterieuze, onzichtbare materie die de koers van de hemel verandert. De faciliteit zal donkere materie natuurlijk niet direct kunnen zien (omdat het donker is), maar natuurkundigen kunnen zien wanneer energie of momentum is verdwenen uit de botsingsgebeurtenissen, een zeker teken dat er iets funky aan de hand is.
Wie weet wat CLIC zou kunnen ontdekken? Maar wat er ook gebeurt, we moeten verder gaan dan de LHC als we een behoorlijke kans willen hebben om de bekende deeltjes van ons universum te begrijpen en enkele nieuwe te ontdekken..
Paul M.Sutter is astrofysicus bij De Ohio State University, gastheer van "Vraag een ruimteman" en "Space Radio,"en auteur van"Jouw plaats in het heelal."
- 7 vreemde feiten over quarks
- Vreemde Quarks en Muons, Oh My! De kleinste deeltjes van de natuur ontleed
- Foto's: 's werelds grootste Atom Smasher (LHC)
Oorspronkelijk gepubliceerd op .