Fizîka nû ji gelek deveran dibiriqe

Guhertinên muhtemel ên ku em dixwazin li ser Modela Standard a fizîkê (1) an jî nîsbetiya giştî bikin, du teoriyên me yên çêtirîn (her çend bi hev re ne) yên gerdûnê, jixwe pir kêm in. Bi gotineke din, hûn nikanin pir zêde biguhezînin bêyî ku tevahiyê xera bikin.

Rastî ev e ku encam û diyardeyên ku li ser modelên ku ji me re tên zanîn nayên ravekirin jî hene. Ji ber vê yekê divê em dev ji riya xwe berdin ku her tiştî neravebar an nakokî bi her bihakî re li gorî teoriyên heyî pêk bînin, an divê em li yên nû bigerin? Ev yek ji pirsên bingehîn ên fîzîka nûjen e.

Modela Standard a fîzîkê ya pirtikan bi serkeftî hemî danûstendinên naskirî û kifşkirî yên di navbera pirtikan de ku heya niha hatine dîtin rave kiriye. Gerdûn ji pêk tê quarks, leptonov û bozonên pîvanê, yên ku sê ji çar hêzên bingehîn di xwezayê de vediguhezînin û girseya wan a mayînê didin pirtikan. Di heman demê de nisbeten giştî jî heye, mixabin, teoriya me ya kuantumî ya gravîteyê nîne, ku têkiliya di navbera cîh-dem, madde û enerjiyê de li gerdûnê vedibêje.

Zehmetiya derketina ji van her du teoriyan ev e ku ger hûn bi danasîna hêman, têgeh û mîqtarên nû hewl bidin ku wan biguhezînin, hûn ê encamên ku berovajî pîvan û çavdêriyên ku me berê hene bistînin. Di heman demê de hêjayî bibîrxistinê ye ku ger hûn dixwazin ji çarçoveya meya zanistî ya heyî derbikevin, barê delîlan pir mezin e. Ji hêla din ve, ne dijwar e ku meriv ji yekî ku modelên bi dehsalan ceribandin û ceribandin xirab dike ew qas hêvî neke.

Li hemberî van daxwazên weha, ne ecêb e ku bi zorê kes hewl dide ku bi tevahî paradîgmaya heyî ya di fîzîkê de bitewîne. Û heke wusa be, ew bi tevahî ciddî nayê girtin, ji ber ku ew zû li ser kontrolên hêsan diqewime. Ji ber vê yekê, heke em kunên potansiyel bibînin, wê hingê ev tenê refleks in, nîşan didin ku tiştek li cîhek dibiriqe, lê ne diyar e ka ew bi tevahî hêjayî çûna wir e.

Fîzîka naskirî nikare gerdûnê bi rê ve bibe

Mînakên şewqa vê "bi tevahî nû û cihêreng"? Welê, wek nimûne, çavdêriyên rêjeya paşvekişînê, ku bi gotina ku Gerdûn tenê bi perçeyên Modela Standard dagirtî ye û li gorî teoriya giştî ya relatîteyê tevdigere, li hev nayê. Em dizanin ku çavkaniyên takekesî yên gravîtasyonê, galaksiyan, komên galaksiyan, û heta tevna kozmîk a mezin têrê nakin ku vê diyardeyê rave bikin, belkî. Em dizanin ku, her çend Modela Standard dibêje ku madde û antîmadde divê bi qasî hev werin afirandin û tunekirin, em di gerdûnek ku bi piranî ji madeyê pêk tê û bi miqdarek piçûk antîmaddeyê pêk tê de dijîn. Bi gotineke din, em dibînin ku "fîzîka naskirî" nikare her tiştê ku em li gerdûnê dibînin rave bike.

Gelek ceribandinan encamên nediyar derketine ku, ger di astek bilind de were ceribandin, dikare bibe şoreşger. Tewra bi navê Anomalîya Atomê ya ku hebûna pirtikan nîşan dide jî dibe ku xeletiyek ceribandinê be, lê di heman demê de dikare bibe nîşana derketina ji Modela Standard. Rêbazên cihêreng ên pîvandina gerdûnê ji bo rêjeya berfirehbûna wê nirxên cihêreng didin - pirsgirêkek ku me di yek ji hejmarên dawî yên MT de bi hûrgulî nirxand.

Lêbelê, yek ji van anomaliyan encamên têra xwe îqnakar nade ku wekî nîşanek bêhempa ya fîzîka nû were hesibandin. Dibe ku yek an hemî van bi tenê guheztinên îstatîstîkî an amûrek nerast kalibrated bin. Dibe ku gelek ji wan fîzîka nû destnîşan bikin, lê ew dikarin bi hêsanî bi karanîna pirç û diyardeyên naskirî di çarçoweya nisbîtiya giştî û Modela Standard de werin rave kirin.

Em plan dikin ku ceribandinê bikin, bi hêviya encam û pêşniyarên zelaltir. Dibe ku em di demek nêzîk de bibînin ka enerjiya tarî xwediyê nirxek domdar e. Li ser bingeha lêkolînên galaksiyan ên plansazkirî yên ji hêla Çavdêrxaneya Vera Rubin ve û daneyên li ser supernovayên dûr ên ku di pêşerojê de têne peyda kirin. teleskopa nancy grace, berê WFIRST, pêdivî ye ku em fêr bibin ka enerjiya tarî bi demê re di nav 1% de pêşve diçe. Ger wusa be, wê hingê modela meya kozmolojîk a "standard" dê were guheztin. Mimkun e ku antena interferometreya lazer a fezayê (LISA) di warê plansaziyê de jî sosretan bide me. Bi kurtasî, em li ser wesayîtên çavdêriyê û ceribandinên ku em plan dikin hesab dikin.

Di heman demê de em hîn jî di warê fîzîka pirtikan de dixebitin, bi hêvîya ku em diyardeyên li derveyî Modelê bibînin, wek mînak pîvandinek rasttir a kêliyên magnetîkî yên elektron û muonê - heke ew li hev nekin, fîzîka nû xuya dibe. Em dixebitin ku fêr bibin ka ew çawa diguherin neutrîno - Li vir jî, fîzîka nû dibiriqe. Û eger em lihevderaneke elektron-pozitronê ya rast, dorveger an jî xêz (2) ava bikin, em dikarin tiştên ji Modela Standardê wêdetir bibînin ku LHC hîna nekariye wan bibîne. Di cîhana fîzîkê de, guhertoyek mezin a LHC-ê ku dora wê heya 100 km ye, demek dirêj hate pêşniyar kirin. Ev dê enerjiyên pevçûnê yên bilindtir bide, ku, li gorî gelek fîzîknasan, dê di dawiyê de diyardeyên nû nîşan bide. Lêbelê, ev veberhênanek zehf biha ye, û avakirina gewrek tenê li ser prensîbê - "werin em wê ava bikin û bibînin ka ew ê çi nîşanî me bide" gelek gumanan çêdike.

2. Linear lepton collider - dîtbarîkirin

Di zanistiya fizîkî de du celeb nêzîkbûna pirsgirêkan hene. Ya yekem nêzîkatiyek tevlihev e, ku ji sêwirana teng a ceribandinek an çavdêriyek ji bo çareserkirina pirsgirêkek taybetî pêk tê. Nêzîkatiya duyemîn bi rêbaza hêza hov tê gotin.yê ku ezmûnek gerdûnî, xêzkirina sînoran an çavdêrgehek pêşdixe da ku gerdûnê bi rengek nû ji nêzîkatiyên me yên berê vebikole. Ya yekem di Modela Standard de çêtir e. Ya duyemîn dihêle hûn şopên tiştek bêtir bibînin, lê, mixabin, ev tiştek bi rastî ne diyar e. Ji ber vê yekê, her du rêbaz jî kêmasiyên xwe hene.

Ji bo ku jê re tê gotin Teoriya Her Tiştê (TUT), girava pîroz a fîzîkê, bigerin, divê di kategoriya duyemîn de were cîh kirin, ji ber ku pir caran ew bi dîtina enerjiyên bilind û bilindtir (3), ku tê de hêzên xweza di dawiyê de di nav yek danûstendinê de pêk tê.

3. Enerjiyên ku ji bo yekbûnek hîpotezîkî ya danûstendinan hewce ne

Neutrînoya Nisforn

Di van demên dawî de, zanist her ku diçe zêdetir li ser deverên balkêştir, wek lêkolîna neutrînoyê, ku me vê dawiyê raporek berfireh li ser MT weşand. Di Sibata 2020-an de, Kovara Astrophysical belavokek li ser vedîtina neutrînoyên bi enerjiya bilind ên bi eslê xwe nenas li Antarktîkayê weşand. Digel ceribandina naskirî, lêkolîn li ser parzemîna cemidî jî di bin navê kod ANITA () de hate kirin, ku ji berdana balonek bi senzor pêk tê. pêlên radyoyê.

Hem û hem jî ANITA ji bo lêgerîna pêlên radyoyê yên neutrînoyên bi enerjiya bilind ên ku bi maddeya hişk a ku qeşayê pêk tîne re li hev dikevin hatine çêkirin. Avi Loeb, serokê Beşa Astronomiyê ya Harvardê, li ser malpera Salon diyar kir: "Bûyerên ku ji hêla ANITA ve hatine tespît kirin bê guman wekî anomalî xuya dikin ji ber ku ew wekî neutrînoyên ji çavkaniyên astrofizîkî nayên ravekirin. (...) Dibe ku ew celebek perçeyek be ku ji neutrînoyê lawaztir bi maddeya asayî re têkiliyek dike. Em guman dikin ku pariyên weha wekî madeya tarî hene. Lê çi bûyerên ANITA ew qas enerjîk dike?"

Neutrîno tenê keriyên naskirî ne ku Modela Standard binpê dikin. Li gor Modela Standardî ya pirtikên bingehîn, divê sê cureyên neutrînoyan (elektronîk, muon û tau) û sê cureyên antînotronoyên me hebin û piştî çêbûna wan divê di taybetiyên xwe de sabît û neguherbar bin. Ji salên 60-an vir ve, dema ku yekem hesab û pîvandina neutrînoyên ku ji hêla Rojê ve hatî hilberandin derketin holê, me fêm kir ku pirsgirêkek heye. Me dizanibû ku çend elektronên neutrîno tê de çêbûne core rojê. Lê gava ku me pîv kir ku çend gihîştin, me tenê sêyek ji hejmara pêşbînkirî dît.

An tiştek di dedektorên me de xelet e, an tiştek di modela me ya Rojê de xelet e, an jî tiştek bi neutrînoyan bixwe re xelet e. Ceribandinên reaktorê bi lez û bez fena ku tiştek di detektorên me de xelet bû red kir (4). Wan wekî ku dihat hêvî kirin xebitîn û performansa wan pir baş hate nirxandin. Neutrînoyên ku me tesbît kirin li gorî hejmara neutrînoyên ku hatin tomar kirin. Bi dehsalan, gelek astronom angaşt kirin ku modela meya rojê xelet e.

4. Wêneyên bûyerên neutrînoyê yên di tîrêjên Cherenkov de ji dedektora Super Kamiokande

Bê guman, îhtîmalek din a biyanî hebû ku, heke rast be, dê têgihiştina me ya gerdûnê ji tiştê ku Modela Standard pêşbîn kiribû biguhezîne. Fikir ev e ku sê celebên neutrînoyên ku em dizanin bi rastî xwediyê girseyê ne, ne paldan, û ku ew dikarin tevlihev bikin (guhezînin) da ku çêjên xwe biguhezînin heke têra wan enerjiyê hebe. Ger neutrîno bi elektronîkî were çewisandin, ew dikare di rê de biguhezîne muon i taonovlê ev tenê dema ku girseya wê hebe mimkun e. Zanyar li ser pirsgirêka neutrînoyên rast û çepgir fikar in. Çimkî eger hûn nikaribin wê ji hev cuda bikin, hûn nikarin ferq bikin ka ew parçik e yan dijparçe ye.

Ma neutrîno dikare bibe antîparçeya xwe? Ne li gorî Modela Standard a asayî. Fermionsbi giştî divê ew nebin antîpartîkên xwe. Fermîyon her parçeyek e ku zivirandina wê ± XNUMX/XNUMX ye. Di vê kategoriyê de hemû quark û lepton, tevî neutrînoyan, dihewîne. Lêbelê, celebek taybetî ya fermionan heye, ku heya nuha tenê di teoriyê de heye - fermiona Majorana, ku antîparçeya wê bixwe ye. Ger hebûya, dibe ku tiştek taybetî diqewime ... bê neutrîno hilweşîna beta ducar. Û li vir şansek ji bo ceribandinên ku ji mêj ve li valahiyek wusa digerin heye.

Di hemî pêvajoyên çavdêrîkirî yên ku bi neutrînoyan ve girêdayî ne, ev pirçik taybetmendiyek ku fîzîknas jê re dibêjin çepgiriyê nîşan didin. Neutrînoyên destê rastê, ku dirêjahiya herî xwezayî ya Modela Standard in, li tu derê nayên dîtin. Hemû perçeyên din ên MS-ê guhertoyek rastgir heye, lê neutrîno tune. Çima? Analîza herî dawî, pir berfireh a tîmek fîzîknasên navneteweyî, di nav de Enstîtuya Fîzîkên Nukleer a Akademiya Zanistî ya Polonî (IFJ PAN) li Krakow, li ser vê mijarê lêkolîn kiriye. Zanyar bawer dikin ku nebûna çavdêriya neutrînoyên destê rastê dikare îspat bike ku ew fermyonên Majorana ne. Ger ew bûn, wê hingê guhertoya wan a rastgir zehf girseyî ye, ku dijwariya tespîtê rave dike.

Lê dîsa jî em hîn nizanin ka neutrîno bi xwe dijparçe ne. Em nizanin ka ew girseya xwe ji girêdana pir qels a bozona Higgs distînin, an ew bi mekanîzmayek din digirin. Û em nizanin, dibe ku sektora neutrînoyê ji ya ku em difikirin pir tevlihevtir e, digel ku neutrînoyên sterîl an giran di tariyê de ne.

Atom û anomaliyên din

Di fîzîka pariyên seretayî de, ji bilî neutrînoyên moda, qadên din ên lêkolînê yên kêm naskirî hene ku ji wan "fîzîka nû" dikare bibiriqîne. Mînakî, zanyar di van demên dawî de celebek nû ya parçikên subatomî ji bo ravekirina enigmatîk pêşniyar kirin perçebûn wek (5), haleteke taybetî ya parçika mesonê ku ji yek quark i yek ticar antîk. Dema ku keriyên kaon diherikin, beşek piçûk ji wan di bin guherînên ku zanyar matmayî dihêle. Şêweya vê rizîbûnê dibe ku celebek nû ya perçek an hêzek laşî ya nû ya li ser kar nîşan bide. Ev li derveyî çarçoveya Modela Standard e.

Ji bo dîtina valahiyan di Modela Standard de bêtir ceribandin hene. Di nav wan de lêgerîna g-2 muon heye. Nêzîkî sed sal berê, fîzîknas Paul Dirac pêşbîniya dema magnetîkî ya elektronek bi g-yê kir, jimareyek ku taybetmendiyên spinê yên pariyek diyar dike. Dûv re pîvandinan destnîşan kir ku "g" hinekî ji 2-yê cûda ye, û fîzîknasan dest pê kirin ku cûdahiya di navbera nirxa rastîn a "g" û 2-yê de bikar bînin da ku avahiya hundurîn a pariyên jêratom û qanûnên fizîkê bi gelemperî lêkolîn bikin. Di sala 1959 de, CERN li Cenevre, Swîsre, ceribandina yekem pêk anî ku nirxa g-2 ya pariyek subatomî ya bi navê muon, bi elektronek ve girêdayî ye, lê ne aram e û 207 carî ji pariyek bingehîn girantir e, dipîve.

Laboratoriya Netewî ya Brookhaven li New Yorkê dest bi ceribandina xwe kir û encamên ceribandina g-2 di sala 2004 de weşand. Pîvandin ne ya ku Modela Standard pêşbînî kiribû bû. Lêbelê, azmûnê ji bo analîza statîstîkî daneyên têr berhev nekir da ku bi eşkere îspat bike ku nirxa pîvandî bi rastî cûda ye û ne tenê guheztinek statîstîkî ye. Navendên din ên lêkolînê naha ceribandinên nû bi g-2 re dikin, û dibe ku em ê di demek nêzîk de encaman bizanibin.

Tiştekî ji vê balkêştir heye Anomalîyên Kaon i muon. Di sala 2015 de, ceribandinek li ser rizîbûna beryllium 8Be anomalî nîşan da. Zanyarên li Macaristanê dedektora xwe bikar tînin. Lêbelê, wan keşf kirin, an jî fikirîn ku wan keşf kirine, ku hebûna hêza bingehîn a pêncemîn a xwezayê destnîşan dike.

Fîzîknasên Zanîngeha Kalîforniyayê bi lêkolînê re eleqedar bûn. Wan pêşniyar kir ku fenomenê tê gotin anomalî atomî, ji hêla parçikek bi tevahî nû ve hatî çêkirin, ku diviyabû hêza pêncemîn a xwezayê hilgire. Jê re X17 tê gotin ji ber ku girseya wê ya têkildar nêzî 17 mîlyon elektron volt e. Ev 30 caran ji girseya elektronekê ye, lê ji girseya protonê kêmtir e. Û awayê ku X17 bi protonê re tevdigere yek ji taybetmendiyên wê yên xerîb e - ango, ew bi protonek re qet têkilî nake. Di şûna wê de, ew bi elektronek an neutronek barkirî ya neyînî re, ku qet barek wê tune ye, têkilî dike. Ev yek zehmet dike ku perçeya X17 di Modela meya Standard a heyî de bicîh bike. Bozon bi hêzan ve girêdayî ne. Gluon bi hêza xurt, bozon bi hêza qels û foton bi elektromagnetîzmê ve girêdayî ne. Ji bo gravîtonê jî bozoneke hîpotetîk jî heye ku jê re gravîton tê gotin. Wekî bozonek, X17 dê hêzek xwe hilgire, mîna ya ku heya nuha ji me re nepenî bû û dibe ku bibe.

Gerdûn û rêça wê ya bijarte?

Di gotarekê de ku vê Nîsanê di kovara Science Advances de hate weşandin, zanyarên li Zanîngeha New South Wales li Sydney ragihandin ku pîvandinên nû yên ronahiyê ku ji quazarek 13 mîlyar salên ronahiyê dûrî dûr ve hatî belav kirin, lêkolînên berê piştrast dikin ku cûrbecûrên piçûk di avahiya domdar a xweş de dîtine. ya gerdûnê. Profesor John Webb ji UNSW (6) rave dike ku domdariya strukturên xweş "qanteyek e ku fîzîknas wekî pîvana hêza elektromagnetîk bikar tînin." hêza elektromagnetîk Di her atomê gerdûnê de elektronên li dora navokan diparêze. Bêyî wê, her tişt dê ji hev biçe. Heta van demên dawî di dem û mekan de hêzeke domdar dihat dîtin. Lê di lêkolîna xwe ya du deh salên borî de, Profesor Webb di strukturên hişk ên hişk de anormaliyek dît ku tê de hêza elektromagnetîk, ku di yek rêgezek hilbijartî de li gerdûnê tê pîvandin, her gav hinekî cûda xuya dike.

"" Webb diyar dike. Nakokî ne di pîvandinên tîmê Awustralya de, lê di danberhevkirina encamên wan bi gelek pîvandinên din ên ronahiya quasar re ji hêla zanyarên din ve xuya bûn.

"" Profesor Webb dibêje. "". Li gorî wî, encam xuya dike ku dibe ku di gerdûnê de rêgezek bijarte hebe. Bi gotineke din, gerdûn dê di hin wateyê de xwediyê avahiyek dupolî be.

"" Di derbarê anomaliyên nîşankirî de zanyar dibêje.

Tiştek din jî ev e: Li şûna ya ku dihate fikirîn ku belavbûna bêserûber a galaksiyan, qezaran, ewrên gazê û gerstêrkên bi jiyanê re ye, gerdûn ji nişka ve dibe xwediyê hevtayê bakur û başûr. Profesor Webb dîsa jî amade ye ku bipejirîne ku encamên pîvandinên ji hêla zanyaran ve di qonaxên cihêreng de bi karanîna teknolojiyên cihêreng û ji deverên cihêreng ên li ser Erdê hatine kirin, bi rastî rasthatinek mezin e.

Webb destnîşan dike ku ger di gerdûnê de rênîşandan hebe, û heke elektromagnetîzm li hin deverên gerdûnê hinekî cûda derkeve, têgehên herî bingehîn ên li pişt piraniya fizîkî ya nûjen dê ji nû ve werin venihêrtin. "", dipeyive. Model li ser teoriya Einstein ya gravîteyê ye, ku bi eşkere domdariya qanûnên xwezayê digire dest. Û heke ne, wê hingê ... ramana zivirîna tevahiya avahiya fîzîkê bêhnteng e.