Супер гигантски коллайдер за гравитони

Големият адронов колайдер (LHC) - подземен тунел, изпълнен със сложно научно оборудване с дължина 27 км - е невероятно, но е малко вероятно завинаги да остане световен шампион в своя клас ускорители. В средата на февруари учени от Женевския университет обсъдиха възможността за изграждане на коли, които да надминат LHC толкова, колкото надминават вече затворения Теватрон. Това е конструкцията на протонен протонен сблъсък, способен да сблъсква частици с обща енергия около 100 TeV. За изграждането му е необходимо да изкопаете (най-вероятно в околностите на Женева) кръгъл тунел с дължина 80-100 км. На първия етап се предвижда в този тунел да се постави най-мощният електрон-позитронен сблъсък в света, където общата кинетична енергия на сблъскащите се частици ще бъде 350–500 GeV. По-късно ще влезе в сила протонният суперколайдер, който може да работи едновременно с лептоновия ускорител.

В задния двор на девет

Съвсем наскоро с помощта на LHC беше открит бозонът на Хигс, но в науката за микровния свят има сериозно бяло петно ​​- това са носители на гравитационно взаимодействие, гравитони. И по този въпрос новият суперколайдер има сериозни надежди: възможно е при такива енергии да бъде възможно да го превърне в „гравитонно оръдие“ - източник на гравитони.

Джордж Двали, професор в Мюнхенския и Нюйоркския университети: „Една от целите на изграждането на суперколлайнери е да се тества хипотезата за съществуването на допълнителни измерения. Новородените гравитони ще напуснат нашия триизмерен свят толкова бързо, че никой детектор не може да ги регистрира. Но законът за запазване на енергията ще бъде нарушен по различен начин, отколкото при появата на частици от тъмна материя. Например с увеличаване на протонната енергия ще се раждат все повече гравитони и наблюдаваният енергиен дефицит ще се увеличава монотонно. Анализ на тези нарушения ще ни позволи да изолираме какво точно успяхме да открием - изтичане на гравитони или появата на нови частици, които взаимодействат слабо с обикновената материя. "

Този сценарий може да стане реалност, ако в нашето пространство има скрити измерения, които все още не са открити експериментално. Такива модели сериозно се обсъждат в теорията на струните. Според най-разработената версия, нашият триизмерен свят е само парче (научно изразено като „бран“) на деветмерното пространство. Всички шест допълнителни измерения обаче са компактни и самостоятелно затворени на разстояния, по-малки от определен критичен размер, така че нито нашите сетива, нито най-точните инструменти могат да ги видят.

Междувременно гравитационната сила, според закона на Нютон, се променя обратно с квадрата на разстоянието само в триизмерно пространство и всяко „допълнително“ измерване добавя към показателя чрез единица. Разликата е много съществена, но ние не я наблюдаваме. Защо? Според теорията на квантовото поле силата на гравитацията възниква от обмена на гравитони. Директните тестови експерименти на Нютон сондират разстояния, далеч по-големи от критичните. Гравитоните всъщност могат да се движат над тези разстояния не през деветмерното пространство, а само в неговия триизмерен участък - като електромагнитни вълни във вълновод. Следователно всичко се случва така, сякаш изобщо няма допълнителни измервания и законът на Нютон е строго изпълнен.

Сравнение на калибри Фигурата показва мащаба на най-големите ускорители на пръстени от последно време - вече затворения Tevatron, модернизирания LHC и бъдещия суперколайдер.

Бойна проверка

Понастоящем законът на Нютон е надеждно потвърден само за разстояния от порядъка на десети милиметър. Но всъщност „деветмерната“ гравитационна константа може да бъде с множество порядки по-голяма от нейната „триизмерна“ стойност и тогава дори енергията на новия суперколайдер е достатъчна, за да се разпадне на допълнителни измерения. В този случай тази машина ще се превърне в източник на гравитони, оставяйки други измерения и отнема част от енергията на сблъскащите се протони. Въпреки че самите гравитони не могат да бъдат наблюдавани, устройствата ще могат да открият, че по време на раждането на нови частици в нашия триизмерен свят престава да се изпълнява един от най-основните закони - законът за запазване на енергията. Ще има обикновена дреболия - да се разграничи тази ситуация от, да речем, раждането на частици от тъмна материя, които, както физиците се надяват, ще могат да създадат суперколайдер.

Интересно е, че подобна ситуация се случи в зората на ядрената физика. Експериментите показаха, че кинетичната енергия на електрони, излъчвани от нестабилни ядра по време на бета-разпад, варира в доста широк диапазон. В същото време имаше все повече причини да се смята, че такива ядра губят енергия дискретно и на равни части. Но тогава всеки конкретен тип бета-разпад трябва да генерира електрони със същата енергия, но това не се случи. По едно време те се опитаха да причислят тази аномалия към нарушение на закона за опазване на енергията, но Волфганг Паули намери по-добро обяснение. Той предположи, че от ядрата излитат не само електрони, но и леки незаредени частици, които отнемат липсващата енергия. Тази хипотеза по едно време доведе до откриването на неутрино. Може би гравитоните са следващи на свой ред?

Статията „Пистолетът на гравитонния калибър“ е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 5, май 2014 г.). Харесва ли ви статията?

Най-интересните новини от света на науката: свежи открития, снимки и невероятни факти във вашата поща. добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Мадагаскарски копър: най-мистериозното животно
2019
Изчакайте: Тест на Mercedes-Benz S 400 d
2019
Как да разберем принципа на несигурността на Хайзенберг?
2019