भौतिकी में गतिरोध से कैसे बाहर निकलें?

अगली पीढ़ी के कण कोलाइडर की लागत अरबों डॉलर होगी। यूरोप और चीन में ऐसे उपकरण बनाने की योजना है, लेकिन वैज्ञानिकों का सवाल है कि क्या इसका कोई मतलब है। शायद हमें प्रयोग और अनुसंधान का एक नया तरीका खोजना चाहिए जिससे भौतिकी में सफलता मिलेगी? 

मानक मॉडल की बार-बार पुष्टि की गई है, जिसमें लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) भी शामिल है, लेकिन यह भौतिकी की सभी अपेक्षाओं को पूरा नहीं करता है। यह डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के अस्तित्व जैसे रहस्यों की व्याख्या नहीं कर सकता है, या गुरुत्वाकर्षण अन्य मूलभूत बलों से इतना अलग क्यों है।

परंपरागत रूप से ऐसी समस्याओं से निपटने वाले विज्ञान में, इन परिकल्पनाओं की पुष्टि या खंडन करने का एक तरीका है। अतिरिक्त डेटा का संग्रह - इस मामले में, बेहतर दूरबीनों और सूक्ष्मदर्शी से, और शायद पूरी तरह से नए, और भी बड़े से सुपर बम्पर जिससे खोजे जाने का मौका मिलेगा सुपरसिमेट्रिक कण.

2012 में, चीनी विज्ञान अकादमी के उच्च ऊर्जा भौतिकी संस्थान ने एक विशाल सुपर काउंटर बनाने की योजना की घोषणा की। की योजना बनाई इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन कोलाइडर (सीईपीसी) इसकी परिधि लगभग 100 किमी होगी, जो एलएचसी से लगभग चार गुना अधिक है (1). जवाब में, 2013 में, एलएचसी के ऑपरेटर, यानी सीईआरएन ने एक नए टकराव उपकरण के लिए अपनी योजना की घोषणा की जिसे कहा जाता है फ्यूचर सर्कुलर कोलाइडर (एफसीसी).

1. नियोजित सीईपीसी, एफसीसी और एलएचसी त्वरक के आकार की तुलना।

हालाँकि, वैज्ञानिक और इंजीनियर सोच रहे हैं कि क्या ये परियोजनाएँ भारी निवेश के लायक होंगी। कण भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता चेन-निंग यांग ने तीन साल पहले अपने ब्लॉग पर नई सुपरसिमेट्री का उपयोग करके सुपरसिमेट्री के निशान की खोज की आलोचना की, इसे "अनुमान लगाने का खेल" कहा। बहुत महंगा अनुमान. चीन में कई वैज्ञानिकों ने उनकी बात दोहराई और यूरोप में विज्ञान के दिग्गजों ने एफसीसी परियोजना के बारे में उसी भावना से बात की।

फ्रैंकफर्ट में इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड स्टडी के एक भौतिक विज्ञानी सबाइन होसेनफेल्डर द्वारा गिजमोदो को इसकी सूचना दी गई थी। -

अधिक शक्तिशाली कोलाइडर बनाने की परियोजनाओं के आलोचकों का कहना है कि जब इसे बनाया गया था तब से स्थिति अलग है। यह तो उस समय पता चल गया था, जिसकी हम तलाश कर रहे थे हिग्स बोसोन. अब लक्ष्य कम परिभाषित हैं. और हिग्स की खोज को समायोजित करने के लिए अपग्रेड किए गए लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर द्वारा किए गए प्रयोगों के परिणामों में चुप्पी - 2012 के बाद से कोई महत्वपूर्ण निष्कर्ष नहीं - कुछ हद तक अशुभ है।

इसके अलावा, एक प्रसिद्ध, लेकिन शायद सार्वभौमिक नहीं, तथ्य यह है कि एलएचसी में प्रयोगों के परिणामों के बारे में हम जो कुछ भी जानते हैं वह उस समय प्राप्त आंकड़ों के केवल 0,003% के विश्लेषण से आता है। हम और अधिक नहीं संभाल सके। इस बात से इंकार नहीं किया जा सकता है कि भौतिकी के जो महान प्रश्न हमें परेशान करते हैं उनके उत्तर पहले से ही 99,997% में हैं जिन पर हमने विचार नहीं किया है। तो शायद आपको एक और बड़ी और महंगी मशीन बनाने की उतनी आवश्यकता नहीं है, जितनी अधिक जानकारी का विश्लेषण करने का तरीका खोजने की है?

यह विचार करने लायक है, खासकर जब से भौतिकविदों को कार से और भी अधिक निचोड़ने की उम्मीद है। हाल ही में शुरू हुआ दो साल का डाउनटाइम (तथाकथित) कोलाइडर को 2021 तक निष्क्रिय रखेगा, जिससे रखरखाव की अनुमति मिलेगी (2). इसके बाद यह 2023 में एक बड़े उन्नयन से पहले, समान या थोड़ी अधिक ऊर्जा पर काम करना शुरू कर देगा, जिसका पूरा होना 2026 में निर्धारित है।

इस अपग्रेड की लागत एक अरब डॉलर होगी (एफसीसी की योजनाबद्ध लागत की तुलना में सस्ता), और इसका लक्ष्य एक तथाकथित बनाना है। उच्च चमक-एलएचसी। 2030 तक, इससे प्रति सेकंड कार से होने वाली टक्करों की संख्या दस गुना बढ़ सकती है।

2. एलएचसी पर मरम्मत कार्य

यह एक न्यूट्रिनो था

उन कणों में से एक जो एलएचसी पर नहीं पाया गया था, हालांकि ऐसा होने की उम्मीद थी डरपोक समझा (-विशाल कणों की कमजोर अंतःक्रिया)। ये काल्पनिक भारी कण हैं (10 GeV/s² से लेकर कई TeV/s² तक, जबकि प्रोटॉन का द्रव्यमान 1 GeV/s² से थोड़ा कम है) कमजोर अंतःक्रिया के बराबर बल के साथ दृश्यमान पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। वे डार्क मैटर नामक रहस्यमय द्रव्यमान की व्याख्या करेंगे, जो ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ की तुलना में पांच गुना अधिक आम है।

एलएचसी में, इन 0,003% प्रायोगिक डेटा में कोई डब्ल्यूआईएमपी नहीं पाया गया। हालाँकि, इसके लिए सस्ते तरीके हैं - उदाहरण के लिए। क्सीनन-एनटी प्रयोग (3), इटली में गहरे भूमिगत तरल क्सीनन का एक विशाल भंडार और अनुसंधान नेटवर्क में डाले जाने की प्रक्रिया में है। दक्षिण डकोटा में क्सीनन, एलजेड के एक और विशाल भंडार में, खोज 2020 की शुरुआत में शुरू होगी।

सुपरसेंसिटिव अल्ट्राकोल्ड सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों से युक्त एक अन्य प्रयोग कहा जाता है सुपरकेडीएमएस स्नोलैब, 2020 की शुरुआत में ओंटारियो में डेटा अपलोड करना शुरू कर देगा। इसलिए 20वीं सदी के XNUMX के दशक में इन रहस्यमय कणों को अंततः "शूट" करने की संभावना बढ़ रही है।

विम्प्स एकमात्र डार्क मैटर उम्मीदवार नहीं हैं जिनकी वैज्ञानिक तलाश कर रहे हैं। इसके बजाय, प्रयोग एक्सियन नामक वैकल्पिक कणों का उत्पादन कर सकते हैं, जिन्हें न्यूट्रिनो की तरह सीधे नहीं देखा जा सकता है।

बहुत संभव है कि अगला दशक न्यूट्रिनो से संबंधित खोजों का होगा। वे ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले कणों में से हैं। साथ ही, अध्ययन करना सबसे कठिन में से एक है, क्योंकि न्यूट्रिनो सामान्य पदार्थ के साथ बहुत कमजोर तरीके से बातचीत करते हैं।

वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि यह कण तीन अलग-अलग तथाकथित स्वादों और तीन अलग-अलग द्रव्यमान अवस्थाओं से बना है - लेकिन वे स्वादों से बिल्कुल मेल नहीं खाते हैं, और प्रत्येक स्वाद क्वांटम यांत्रिकी के कारण तीन द्रव्यमान अवस्थाओं का संयोजन है। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि इन द्रव्यमानों के सटीक अर्थ और प्रत्येक सुगंध बनाने के लिए संयुक्त होने पर वे किस क्रम में दिखाई देंगे। प्रयोग जैसे कैथरीन जर्मनी में, उन्हें आने वाले वर्षों में इन मूल्यों को निर्धारित करने के लिए आवश्यक डेटा एकत्र करना होगा।

3. क्सीनन-एनटी डिटेक्टर मॉडल

न्यूट्रिनो में विचित्र गुण होते हैं। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष में यात्रा करते समय, वे स्वाद के बीच झूलते प्रतीत होते हैं। के विशेषज्ञ जियांगमेन अंडरग्राउंड न्यूट्रिनो वेधशाला चीन में, अगले साल नजदीकी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से उत्सर्जित न्यूट्रिनो पर डेटा एकत्र करना शुरू करने की उम्मीद है।

इस प्रकार का एक प्रोजेक्ट है सुपर कामियोकांडे, जापान में अवलोकन लंबे समय से चल रहे हैं। अमेरिका ने अपने स्वयं के न्यूट्रिनो परीक्षण स्थल बनाना शुरू कर दिया है। एलबीएनएफ इलिनोइस में और गहराई में न्यूट्रिनो के साथ एक प्रयोग DUNE दक्षिण डकोटा में.

1,5 अरब डॉलर की बहु-देशीय वित्त पोषित एलबीएनएफ/ड्यून परियोजना 2024 में शुरू होने और 2027 तक पूरी तरह से चालू होने की उम्मीद है। न्यूट्रिनो के रहस्यों को उजागर करने के लिए डिज़ाइन किए गए अन्य प्रयोगों में शामिल हैं एवेन्यू, टेनेसी में ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला में, और लघु बेसलाइन न्यूट्रिनो कार्यक्रम, फ़र्मिलाब, इलिनोइस में।

बदले में, परियोजना में लीजेंड-200, 2021 में खुलने की योजना है, न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय नामक घटना का अध्ययन किया जाएगा। यह माना जाता है कि एक परमाणु के नाभिक से दो न्यूट्रॉन एक साथ प्रोटॉन में विघटित होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालता है और , दूसरे न्यूट्रिनो के संपर्क में आता है और नष्ट हो जाता है।

यदि ऐसी कोई प्रतिक्रिया अस्तित्व में होती, तो यह सबूत प्रदान करती कि न्यूट्रिनो अपने स्वयं के एंटीमैटर हैं, जो अप्रत्यक्ष रूप से प्रारंभिक ब्रह्मांड के बारे में एक और सिद्धांत की पुष्टि करते हैं - यह बताते हुए कि एंटीमैटर की तुलना में अधिक पदार्थ क्यों है।

भौतिक विज्ञानी भी अंततः उस रहस्यमयी गुप्त ऊर्जा का अध्ययन करना चाहते हैं जो अंतरिक्ष में प्रवेश करती है और ब्रह्मांड के विस्तार की ओर ले जाती है। डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपी टूल (DESI) ने पिछले साल ही काम करना शुरू किया था और इसके 2020 में लॉन्च होने की उम्मीद है। बड़ा सिनोप्टिक सर्वेक्षण टेलीस्कोप चिली में, राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन/ऊर्जा विभाग द्वारा संचालित, इस उपकरण का उपयोग करके एक पूर्ण अनुसंधान कार्यक्रम 2022 में शुरू होना चाहिए।

С другой стороны (4), जो निवर्तमान दशक की घटना बनने के लिए नियत था, अंततः बीसवीं वर्षगांठ का नायक बन जाएगा। नियोजित खोजों के अलावा, यह आकाशगंगाओं और उनकी घटनाओं का अवलोकन करके डार्क एनर्जी के अध्ययन में योगदान देगा।

4. जेम्स वेब टेलीस्कोप का विज़ुअलाइज़ेशन

हम क्या पूछने वाले हैं

सामान्य ज्ञान में, भौतिकी में अगला दशक सफल नहीं होगा यदि आज से दस साल बाद भी हम वही अनुत्तरित प्रश्न पूछेंगे। यह बहुत बेहतर होगा जब हमें वे उत्तर मिलेंगे जो हम चाहते हैं, लेकिन तब भी जब पूरी तरह से नए प्रश्न सामने आएंगे, क्योंकि हम ऐसी स्थिति पर भरोसा नहीं कर सकते हैं जिसमें भौतिकी कहेगी, "मेरे पास और कोई प्रश्न नहीं है।"