Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаНарушение физики: радикальный поиск недостающих частей Вселенной

Нарушение физики: радикальный поиск недостающих частей Вселенной

- Advertisement -

На Большом адронном коллайдере физики углубляются в тайны, выходящие за рамки Стандартной модели, стремясь понять темную материю и энергию. Их исследования, имеющие решающее значение в физике элементарных частиц, таят в себе потенциал для значительных технологических инноваций. Фото: SciTechDaily.com

Ученые Большого адронного коллайдера исследуют новые частицы, выходящие за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, стремясь разгадать ее ограничения и способствовать технологическому прогрессу.

Казалось, что Стандартная модель физики элементарных частиц завершилась с открытием бозона Хиггса в 2012 году. Стандартная модель — это лучшее на сегодняшний день объяснение физиками основных строительных блоков Вселенной и трех из четырех основных сил. Но существует еще ряд загадок, которые Стандартная модель просто не может объяснить. К ним относятся темная материя и темная энергия. Физики при поддержке Министерства энергетики (DOE) пытаются выяснить, существуют ли частицы и силы, выходящие за рамки Стандартной модели, и если да, то что они из себя представляют.

Исследования на Большом адроном коллайдере

Надя Строббе из Университета городов-побратимов Миннесоты — одна из таких исследователей. Она работает над экспериментами на Большом адронном коллайдере (БАК), крупнейшем и мощном ускорителе частиц в мире. (БАК также был местом, где ученые открыли бозон Хиггса.) БАК представляет собой кольцеобразную трубку длиной 17 миль в Швейцарии. Он ускоряет частицы до 99,9999991% скорости света. В определенных точках пучки частиц сталкиваются и создают эффектные брызги новых частиц. Ученые собирают данные о 40 миллионах столкновений частиц, которые происходят каждую секунду работы машины. Эти данные дают ученым новое представление о нашей Вселенной. Некоторые из вопросов, которые они изучают, заключаются в том, почему вообще существует материя и почему разные частицы имеют разную массу.

Доцент Университета Миннесоты Надя Строббе изучает физику частиц высоких энергий, используя данные Большого адонового коллайдера, крупнейшего в мире ускорителя частиц. Фото: Надя Строббе, Университет Миннесоты.

В поисках Топ-скварка

Строббе, профессор физики и астрономии Колледжа науки и техники Университета Миннесоты, ищет никогда ранее не наблюдавшаяся частица под названием «верхний скварк». Это теоретическая частица, которая не вписывается в текущую Стандартную модель физики элементарных частиц. Текущая Стандартная модель включает 17 различных частиц. Некоторые из них представляют собой частицы, являющиеся строительными блоками материи. К ним относятся кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, а также другая группа, называемая лептонами, в которую входят электроны. Стандартная модель также описывает частицы, которые несут в себе три из четырех основных сил, управляющих взаимодействием между этими строительными блоками. Задолго до того, как физики-экспериментаторы обнаружили доказательства существования каждой из этих частиц, теоретики предсказали их. Стандартная модель похожа на кроссворд: теория дает подсказки, которые позволяют физикам «заполнить» пробелы. Бозон Хиггса был последним пробелом, который нужно было заполнить.

Суперсимметрия и не только

Суперсимметрия — это одна из теорий, которая может способствовать дальнейшему расширению физики за пределы Стандартной модели. Это предполагает, что у каждой существующей частицы в Стандартной модели есть частица-суперпартнер. Одна из существующих частиц в Стандартной модели называется топ-кварком. «Высший скварк», который исследует Строббе, является теоретическим суперпартнером топ-кварка. Обнаружение экспериментальных доказательств существования топ-скварка может помочь ученым решить некоторые проблемы, которые не объясняет текущая Стандартная модель.

Компактный мюонный соленоид (CMS) — детектор общего назначения на Большом адронном коллайдере (LHC). У него обширная физическая программа, начиная от изучения Стандартной модели (включая бозон Хиггса) и заканчивая поиском дополнительных измерений и частиц, которые могли бы составить темную материю. Кредит: ЦЕРН

Роль БАКа в развитии физики

БАК важен для работы Строббе, поскольку потенциально может производить эти суперсимметричные частицы. Ученые, в том числе Строббе, используют БАК для столкновения протонов в попытке произвести эти теоретические частицы. Недавно она получила поддержку от Управления науки Министерства энергетики США по улучшению того, как машинное обучение может интерпретировать данные БАКа.

Работа БАКа и Строббе помогает нам лучше понять основы Вселенной. Они также закладывают основу для будущих технологий. Знания, полученные учеными в результате совершенствования технологий ускорителей частиц, оказались важными для разработки медицинских технологий, таких как компьютерная томография и МРТ. От строительных блоков материи до технологий, которые мы используем для спасения жизней, физики находят новые способы расширить наши знания о мире вокруг нас и за его пределами.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме