Como sair do impasse na física?
O colisor de partículas da próxima geração custará bilhões de dólares. Existem planos para construir tais dispositivos na Europa e na China, mas os cientistas questionam se isso faz sentido. Talvez devêssemos procurar uma nova maneira de experimentar e pesquisar que leve a um avanço na física?
O Modelo Padrão foi confirmado repetidamente, inclusive no Grande Colisor de Hádrons (LHC), mas não atende a todas as expectativas da física. Não pode explicar mistérios como a existência de matéria escura e energia escura, ou por que a gravidade é tão diferente de outras forças fundamentais.
Na ciência que tradicionalmente lida com esses problemas, há uma maneira de confirmar ou refutar essas hipóteses. coleta de dados adicionais - neste caso, de melhores telescópios e microscópios, e talvez de um completamente novo, ainda maior super pára-choques que criará uma chance de ser descoberto partículas supersimétricas.
Em 2012, o Instituto de Física de Altas Energias da Academia Chinesa de Ciências anunciou um plano para construir um super contador gigante. Planejado Colisor de pósitrons de elétrons (CEPC) teria uma circunferência de cerca de 100 km, quase quatro vezes a do LHC (1). Em resposta, em 2013, o operador do LHC, ou seja, CERN, anunciou seu plano para um novo dispositivo de colisão chamado Futuro Colisor Circular (FCC).
1. Comparação de tamanho dos aceleradores planejados CEPC, FCC e LHC.
No entanto, cientistas e engenheiros estão se perguntando se esses projetos valerão o enorme investimento. Chen-Ning Yang, vencedor do Prêmio Nobel em física de partículas, criticou a busca por traços de supersimetria usando a nova supersimetria há três anos em seu blog, chamando-a de "jogo de adivinhação". Um palpite muito caro. Ele foi repetido por muitos cientistas na China e, na Europa, os luminares da ciência falaram com o mesmo espírito sobre o projeto da FCC.
Isso foi relatado ao Gizmodo por Sabine Hossenfelder, física do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt. -
Críticos de projetos para criar colisores mais poderosos observam que a situação é diferente de quando foi construído. Sabia-se na altura que estávamos mesmo à procura de Bogs Higgs. Agora os objetivos estão menos definidos. E o silêncio nos resultados dos experimentos conduzidos pelo Large Hadron Collider atualizado para acomodar a descoberta de Higgs – sem descobertas inovadoras desde 2012 – é um tanto ameaçador.
Além disso, há um fato bem conhecido, mas talvez não universal, de que tudo o que sabemos sobre os resultados dos experimentos no LHC vem da análise de apenas cerca de 0,003% dos dados obtidos então. Nós simplesmente não podíamos lidar com mais. Não se pode descartar que as respostas para as grandes questões da física que nos assombram já estejam nos 99,997% que não consideramos. Então, talvez você não precise tanto construir outra máquina grande e cara, mas encontrar uma maneira de analisar muito mais informações?
Vale a pena considerar, especialmente porque os físicos esperam espremer ainda mais do carro. Um tempo de inatividade de dois anos (chamado) que começou recentemente manterá o colisor inativo até 2021, permitindo manutenção (2). Ele então começará a operar com energias semelhantes ou um pouco mais altas, antes de passar por uma grande atualização em 2023, com conclusão prevista para 2026.
Essa atualização custará um bilhão de dólares (barato se comparado ao custo planejado da FCC), e seu objetivo é criar um chamado. Alta Luminosidade-LHC. Em 2030, isso pode aumentar em dez vezes o número de colisões que um carro produz por segundo.
2. Trabalho de reparo no LHC
era um neutrino
Uma das partículas que não foi detectada no LHC, embora se esperasse que fosse, é WIMP (-partículas massivas de interação fraca). São partículas pesadas hipotéticas (de 10 GeV/s² a vários TeV/s², enquanto a massa do próton é ligeiramente menor que 1 GeV/s²) interagindo com a matéria visível com uma força comparável à interação fraca. Eles explicariam a misteriosa massa misteriosa chamada matéria escura, que é cinco vezes mais comum no universo do que a matéria comum.
No LHC, nenhum WIMP foi encontrado nesses 0,003% dos dados experimentais. No entanto, existem métodos mais baratos para isso - por exemplo. Experiência XENON-NT (3), uma enorme cuba de xenônio líquido no subsolo profundo da Itália e em processo de alimentação na rede de pesquisa. Em outra enorme cuba de xenônio, LZ em Dakota do Sul, a busca começará já em 2020.
Outro experimento, que consiste em detectores de semicondutores ultrafrios supersensíveis, é chamado de SuperKDMS SNOLAB, começará a enviar dados para Ontário no início de 2020. Portanto, as chances de finalmente “atirar” nessas partículas misteriosas nos anos 20 do século XNUMX estão aumentando.
Os fracos não são os únicos candidatos à matéria escura que os cientistas procuram. Em vez disso, os experimentos podem produzir partículas alternativas chamadas axions, que não podem ser observadas diretamente como os neutrinos.
É muito provável que a próxima década seja de descobertas relacionadas a neutrinos. Eles estão entre as partículas mais abundantes do universo. Ao mesmo tempo, um dos mais difíceis de estudar, porque os neutrinos interagem muito fracamente com a matéria comum.
Os cientistas sabem há muito tempo que essa partícula é composta de três chamados sabores separados e três estados de massa separados - mas eles não correspondem exatamente aos sabores, e cada sabor é uma combinação de três estados de massa devido à mecânica quântica. Os pesquisadores esperam descobrir o significado exato dessas massas e a ordem em que aparecem quando são combinadas para criar cada fragrância. Experimentos como KATHERINE na Alemanha, eles devem coletar os dados necessários para determinar esses valores nos próximos anos.
3. Modelo de detector XENON-nT
Neutrinos têm propriedades estranhas. Viajando no espaço, por exemplo, parecem oscilar entre gostos. Especialistas de Observatório subterrâneo de neutrinos de Jiangmen na China, que deve começar a coletar dados sobre neutrinos emitidos por usinas nucleares próximas no próximo ano.
Existe um projeto desse tipo Super-Kamiokande, observações no Japão vêm acontecendo há muito tempo. Os EUA começaram a construir seus próprios locais de teste de neutrinos. LBNF em Illinois e um experimento com neutrinos em profundidade DUNE em Dakota do Sul.
O projeto LBNF/DUNE financiado por vários países, no valor de US$ 1,5 bilhão, deve começar em 2024 e estar totalmente operacional até 2027. Outros experimentos projetados para desvendar os segredos do neutrino incluem AVENIDA, no Oak Ridge National Laboratory, no Tennessee, e programa de neutrinos de linha de base curta, em Fermilab, Illinois.
Por sua vez, no projeto Legenda-200, Com inauguração prevista para 2021, será estudado um fenômeno conhecido como decaimento beta duplo sem neutrinos. Supõe-se que dois nêutrons do núcleo de um átomo decaem simultaneamente em prótons, cada um dos quais ejeta um elétron e , entra em contato com outro neutrino e se aniquila.
Se tal reação existisse, forneceria evidências de que os neutrinos são sua própria antimatéria, confirmando indiretamente outra teoria sobre o universo primitivo - explicando por que há mais matéria do que antimatéria.
Os físicos também querem finalmente examinar a misteriosa energia escura que se infiltra no espaço e faz com que o universo se expanda. Espectroscopia de energia escura A ferramenta (DESI) só começou a funcionar no ano passado e deve ser lançada em 2020. Grande telescópio de pesquisa sinóptica no Chile, pilotado pela National Science Foundation/Department of Energy, um programa de pesquisa completo usando esse equipamento deve começar em 2022.
Por outro lado (4), que estava destinado a se tornar o evento da década de saída, acabará se tornando o herói do vigésimo aniversário. Além das pesquisas planejadas, contribuirá para o estudo da energia escura através da observação de galáxias e seus fenômenos.
4. Visualização do Telescópio James Webb
O que vamos perguntar
No senso comum, a próxima década na física não será bem-sucedida se daqui a dez anos estivermos fazendo as mesmas perguntas sem resposta. Será muito melhor quando obtivermos as respostas que queremos, mas também quando surgirem perguntas completamente novas, porque não podemos contar com uma situação em que a física dirá: "Não tenho mais perguntas", nunca.
