(CERN) Einige der tiefsten Geheimnisse des Universums sind so fest verschlossen, dass eine ganz neue Art subatomarer Katastrophe nötig ist, um sie zu befreien.
Um solche Kräfte freizusetzen, wollen europäische Physiker einen Teilchenbeschleuniger bauen, der mit allem, was wir bisher gesehen haben, mithalten kann und der die berühmten 27 Kilometer (16,7 Meilen) erreichen kann. Large Hadron Collider (LHC) sehen aus wie ein wissenschaftliches High-School-Experiment.
Beamte der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) haben gerade stellte die Ergebnisse vor einer Studie, die das Design und die Konstruktion von Technologie beeinflusst und voraussichtlich das nächste Kapitel der Teilchenphysik eröffnen wird.
Ihr Plan beginnt mit einem 100 Kilometer (62 Meilen) langen kreisförmigen Beschleuniger, der rund 9 Milliarden Euro (10 Milliarden US-Dollar) kostet.
Derzeit wird es ganz einfach als Future Circular Collider oder FCC bezeichnet. Sobald es in den nächsten Jahrzehnten tatsächlich auf die Suche nach neuer Physik geht, könnte es einen anderen Namen haben.
Aber so oder so sollte dieser Beschleuniger der nächsten Generation uns helfen, Materie wie nie zuvor zu knacken.
Der derzeitige König der Collider des CERN, der LHC, gehört zu einem Komplex von Teilchenbeschleunigern an der schweizerisch-französischen Grenze in der Nähe von Genf.
Seine Schleife aus supraleitenden Magneten treibt entgegengesetzte Protonenströme auf eine Lichtgeschwindigkeit von 0,999999990 und versorgt sie gegenseitig mit 6,5 Teraelektronenvolt Energie – genug, um eine Vielzahl von Partikeln aus dem Blutbad ihrer Einschläge zu verdichten.
Das bekannteste davon war das Higgs-Boson , ein Teilchen, von dem erstmals in den 1960er Jahren vorhergesagt wurde, dass es für die fehlende Masse verantwortlich ist, und schließlich 2012 experimentell bestätigt .
Seine Entdeckung vervollständigte den Satz vorhergesagter Objekte, die die Grundbausteine der Realität bilden, eine Theorie, die wir das nennen Standardmodell .
Aber auch wenn das Modell bestätigt ist, ist unsere Suche nach Verständnis noch lange nicht abgeschlossen. Es gibt viele große Fragen, die wir noch nicht in den Griff bekommen, und die aktuelle Technologie ist der Herausforderung einfach nicht gewachsen, die Beweise zu liefern, die wir zur Beantwortung dieser Fragen benötigen.
Warum ist Schwerkraft so schwach , im Vergleich zu den anderen Kräften? Wo kommt die Die winzige Masse des Neutrinos komme aus? Warum ist der Higgs-Boson so unglaublich leicht ? Wo ist das alles? Antimaterie des Universums ? Und was ist die wahre Natur dieser Sache, die wir nennen Dunkle Materie ?
Vergessen Sie die kombinierten 13-TeV-Einschläge im LHC. Man hofft, dass der Ring of Doom der FCC irgendwann wahnsinnige 100 TeV für die Zertrümmerung von Protonen schaffen wird.
Für die erste Stufe plant CERN jedoch etwas weniger Ehrgeiziges – eine Maschine, die Elektronen mit ihnen kollidieren lässt Antimaterie Gegenstück: Positronen.
Dies unterscheidet sich von dem, was der LHC erreichen kann, indem er Hadronen zusammenschlägt, die mehr Masse als Elektronen haben; Auch die Zusammensetzung der Hadronen – drei Quarks, die durch Gluonen zusammengehalten werden – hinterlässt nach der Kollision ein größeres Durcheinander.
Lustigerweise werden die in der ersten Stufe des FCC verwendeten Energien nicht einmal so hoch sein wie die im LHC, aber sie werden immer noch höher sein als alles, was bisher für diese Art von Teilchen erreicht wurde. Genug, um Higgs zur Welt zu bringen Bosonen , und das Endergebnis wird viel einfacher zu analysieren sein.
Der Bau eines vollwertigen 100-Kilometer-Protonenbeschleunigers wird jedoch weitere Investitionen in Höhe von 15 Milliarden Euro erfordern, sodass wir nicht hoffen können, dass er frühestens Mitte des Jahrhunderts in Betrieb genommen wird.
In der Zwischenzeit, China hat eigene Pläne . Der 30 Milliarden Yuan (4,3 Milliarden US-Dollar) teure Circular Electron-Positron Collider (CEPC) könnte bereits in den 2030er Jahren in Betrieb sein und sich einen Vorsprung bei den zahlreichen Kollisionen verschaffen, die erforderlich sind, um die enorme Datenbank an Statistiken zu sammeln, die zum Auffinden von Fehlern in der Materie notwendig sind Standardmodell .
Japan vielleicht auch Holen Sie sich ihre eigene Version eines Higgs-erzeugenden Beschleunigers, wenn die Regierung davon überzeugt werden kann, dass sich die Investition lohnt.
Es gibt auch keine Garantie dafür, dass die FCC das Licht der Welt erblickt. Abgesehen von den Higgs-Teilchen hat der LHC die Erwartungen einfach nicht erfüllt und nicht die von den Physikern erhofften Anzeichen für eine Menge neuer Teilchen geliefert.
Es wird schwieriger denn je, Interessenvertreter davon zu überzeugen, dieses Pferd zu unterstützen, aber wir können es kaum erwarten, bis sie damit beginnen.