איש לא מתעסק עם קדריידר הדרון הגדול. זהו המפיץ החלקיקי העילאי בעידן הנוכחי, ושום דבר לא יכול לגעת ביכולות האנרגטיות שלו או ביכולתו ללמוד את גבולות הפיזיקה. אבל כל התהילה חולפת, ושום דבר לא נמשך לנצח. בסופו של דבר, אי שם בסביבות 2035, האורות בטבעת הכוח הזו באורך 17 מייל (27 ק"מ) ייכבו. מה בא אחרי זה?
קבוצות מתחרות ברחבי העולם מתמודדות עם אבטחת גיבוי פיננסי בכדי להפוך את רעיונותיהם של קולטני חיות המחמד שלהם לדבר הגדול הבא. עיצוב אחד תואר ב- 13 באוגוסט בעיתון בכתב העת arXiv של ההדפס המקדים. הידוע כקולידר הליניארי הקומפקטי (או CLIC, מכיוון שזה חמוד), נראה כי אקדח הרכבת המאסיבי, התת-אטומי, הוא הרץ הקדמי. מה טיבו האמיתי של בוזון היגס? מה הקשר שלה לקווארק העליון? האם אנו יכולים למצוא רמזים לפיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי? CLIC עשוי להיות מסוגל לענות על שאלות אלה. זה כרוך רק במפץ חלקיקים ארוך יותר ממנהטן.
מירוץ דראג תת-אטומי
קבריידר הדרון הגדול (LHC) מנפץ יחד חלקיקים כבדים למדי המכונים הדרונים (מכאן שם המתקן). יש לך חבורה של הדרונים בגופך; פרוטונים ונויטרונים הם הנציגים הנפוצים ביותר של אותו שבט מיקרוסקופי. ב- LHC עוקבים סביב הדרסונים במעגל ענק, עד שהם מתקרבים למהירות האור ומתחילים לרסק. בעוד שהוא מרשים - ה- LHC מגיע לאנרגיות שלא התקבלו על ידי כל מכשיר אחר בכדור הארץ - כל הפרשה היא מעט מבולגנת. אחרי הכל, ההדרונים הם חלקיקי קונגלומרט, רק שקיות של דברים אחרים, דקים יותר, בסיסיים יותר, וכאשר ההרסונים מתנפצים, כל הבטן שלהם נשפכת בכל מקום, מה שמסבך את הניתוח.
לעומת זאת, CLIC נועד להיות הרבה יותר פשוט, נקי וכירורגי. במקום הדרונים, CLIC יאיץ אלקטרונים ופוזיטרונים, שני חלקיקים יסודיים קלים. והמפצח הזה יאיץ חלקיקים בקו ישר, בכל מקום בין 11 עד 31 מייל (11 עד 50 ק"מ), תלוי בתכנון הסופי, ממש במורד הקנה.
כל הנחישות הזו לא תתרחש בבת אחת. התוכנית הנוכחית מיועדת ל- CLIC לצאת לדרך בהספק נמוך יותר בשנת 2035, ממש כאשר ה- LHC נופל. הדור הראשון של ה- CLIC יפעל במתחי מתח פשוטים של 380 גיגה-וולט (GeV), פחות משלושים ושלושים מההספק המרבי של ה- LHC. למעשה, אפילו העוצמה התפעולית המלאה של CLIC, שממוקדת כיום לשלושה טרקטרו-וולטים (TeV), היא פחות משליש ממה שה- LHC יכול לעשות כעת.
לכן, אם מפקד חלקיקים מהדור הבא לא יכול לנצח את מה שאנחנו יכולים לעשות היום, מה הטעם?
צייד היגס
התשובה של CLIC היא לעבוד בצורה חכמה יותר, לא קשה יותר. אחת המטרות המדעיות העיקריות של ה- LHC הייתה למצוא את הבוסון היגס, החלקיק המבוקש ביותר שנותן לחלקיקים אחרים את המסה שלהם. בשנות השמונים והתשעים, כאשר ה- LHC תוכנן, לא היינו בטוחים שההיגס בכלל קיים, ולא היה לנו מושג מה המסה שלו ותכונותיו האחרות. לכן היינו צריכים לבנות מכשיר למטרה כללית שיכול לחקור סוגים רבים של אינטראקציות שיכולים לגלות פוטנציאל של היגס.
ואנחנו עשינו. הידד!
אבל עכשיו כשאנחנו יודעים שההיגס הוא דבר אמיתי, אנחנו יכולים לכוונן את הנופשים שלנו למערכת אינטראקציות הרבה יותר צרה. בכך אנו שואפים לייצר כמה שיותר בוזוני היגס, לאסוף ערימות של נתונים עסיסיים וללמוד הרבה יותר על החלקיק המסתורי, אך היסודי הזה.
והנה מגיע אולי הקטע המוזר ביותר בעגה הפיזיקה שאולי תיתקל השבוע: Higgsstrahlung. כן, קראת נכון. יש תהליך בפיזיקת החלקיקים המכונה bremsstrahlung, שהוא סוג ייחודי של קרינה המיוצר על ידי חבורה של חלקיקים חמים דחוסים בקופסה זעירה. באנלוגיה, כשאתה טורק אלקטרון למצב באנרגיות גבוהות, הם הורסים זה את זה במטר של אנרגיה וחלקיקים חדשים, ביניהם בוסון Z המזווג עם היגס. מכאן, היגסשטראהלונג.
ב- 380 גב, ה- CLIC יהיה יוצא מן הכלל של מפעל הייגסשטראונג.
מעבר לקווארק העליון
בעיתון החדש הסביר אלכסנדר פיליפ זרנקי, פיזיקאי מאוניברסיטת ורשה בפולין וחבר בשיתוף פעולה CLIC, את המצב הנוכחי בתכנון המתקן, על סמך הדמיות מתוחכמות של הגלאים והתנגשויות החלקיקים.
התקווה עם CLIC היא שעל ידי הפקת כמה שיותר בוזוני היגס בסביבה נקייה וקל ללימוד, נוכל ללמוד יותר על החלקיק. האם יש יותר מהיגס אחד? האם הם מדברים זה עם זה? באיזו מידה ההיגס מקיים אינטראקציה עם כל החלקיקים האחרים במודל הסטנדרטי, תיאוריית עמוד התווך של הפיזיקה התת אטומית?
אותה פילוסופיה תוחל על הקווארק העליון, הפחות טוב ביותר והנדיר ביותר בקווארקים. כנראה שלא שמעת הרבה על הקווארק העליון כיוון שהוא סוג של מתבודד - זה היה הקווארק האחרון שהתגלה, ואנחנו רואים אותו רק לעיתים רחוקות. אפילו בשלבים הראשונים, CLIC תייצר כמיליון קווארקים מובילים, ותספק עוצמה סטטיסטית שלא נשמעה כשמשתמשים ב- LHC ובעוד מתמודדים מודרניים אחרים. משם, הצוות שמאחורי CLIC מקווה לחקור כיצד חלקיק הקווארק העליון מתפרק, מה שקורה לעיתים רחוקות מאוד. אבל עם מיליון מהם, ייתכן שתוכל ללמוד משהו.
אבל זה לא הכל. בטח, זה דבר אחד לבשר את ההיגס והקווארק העליון, אך העיצוב החכם של CLIC מאפשר לו לדחוף את גבולות ה- Standard Model. עד כה ה- LHC התייבש בחיפושיו אחר חלקיקים חדשים ופיזיקה חדשה. אמנם נותרו עוד המון שנים להפתיע אותנו, אך ככל שהזמנים נמשכים, התקווה הולכת ומידלדלת.
באמצעות הייצור הגולמי שלה של אינספור בוסוני היגס וקווארקים עליונים, CLIC יכולה לחפש רמזים לפיזיקה חדשה. אם יש איזה חלקיק או אינטראקציה אקזוטיים שם בחוץ, זה יכול להשפיע בעדינות על התנהגויות, ריקבון ואינטראקציות של שני החלקיקים הללו. CLIC עשוי אף לייצר את החלקיק האחראי לחומר אפל, אותו חומר מסתורי ובלתי נראה שמשנה את מהלך השמים. המתקן לא יוכל לראות ישירות חומר אפל, כמובן (מכיוון שהוא חשוך), אך פיזיקאים יכולים להבחין מתי אנרגיה או תנופה נעלמו מאירועי ההתנגשות, סימן בטוח לכך שמשהו פאנקי קורה.
מי יודע מה CLIC עשוי לגלות? אך לא משנה מה, עלינו לחרוג מ- LHC אם אנו רוצים סיכוי הגון להבין את החלקיקים הידועים ביקום שלנו ולחשוף כמה חדשים.
פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של "תשאל איש חלל" ו- "רדיו שטח, "ומחבר הספר"מקומך ביקום."
