10 년 전, 입자 물리학 자들은 세상을 감동시켰다. 2012 년 7 월 4 일, 유럽 입자 물리 실험실 인 Cern의 대형 Hadron Collider (LHC)는 세계 최대의 Atom Smasher와 함께 일하는 6000 명의 연구원들이 다른 기본 입자들이 어떻게 대량의 대량을 얻는 지에 대한 거대한 입자 열쇠 인 Higgs Boson을 발견했다고 발표했습니다. 이 발견은 45 세의 예측을 성취하고 표준 모델이라는 이론을 완성했으며 물리학 자들이 주목을 끌었습니다.
그런 다음 긴 숙취가 왔습니다. 27 킬로미터 길이의 고리 모양의 LHC가 2010 년에 데이터를 가져 오기 시작하기 전에 물리학 자들은 iggs를 생산할 수 없다고 걱정했다. 지금까지 그 악몽 시나리오가 이루어지고 있습니다. 캘리포니아 기술 연구소의 물리학자인 Barry Barish를 허용합니다. 표준 모델의 주요 확장 인 Supersymmetry를 발견 할 것이라고 생각했습니다.
많은 물리학 자들은 절망하기에는 너무 이르다. 3 년간의 업그레이드 후 LHC는 현재 5 개의 계획된 실행 중 3 위를 차지하고 있으며, 일부 새로운 입자는 수십억 개의 양성자 프로 톤 충돌로 나타날 수 있습니다. 실제로 LHC는 16 년 동안 실행되어야하며 추가 업그레이드는 이미 보유하고있는 데이터보다 16 배 많은 데이터를 수집해야합니다. 이 모든 데이터는 새로운 입자와 현상의 미묘한 징후를 보여줄 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 일부 연구자들은이 글이 Collider Physics의 벽에 있다고 말합니다. 시카고 대학교 (University of Chicago)의 물리학자인 후안 칼라 (Juan Collar)는“아무것도 찾지 못하면이 분야는 죽었다”고 말했다. King 's College London의 이론가 인 John Ellis는 갑작스런 획기적인 희망이 발견에 대한 길고 불확실한 갈기의 전망을 주었다. "치아가 빠지지 않고 이빨을 당기는 것과 같을 것입니다."
1970 년대 이래로 물리학 자들은 표준 모델과의 레슬링 경기에 잠겼습니다. 일반적인 물질은 쿼크와 다운 쿼크라고 불리는 경량 입자 (트리오에서의 결합)로 구성되어 전자 중성미자라는 전자와 페더급 입자와 함께 트리오의 결합으로 구성되어 있다고 주장합니다. 두 세트의 더 무거운 입자가 진공 상태에 숨어 있고 입자 충돌에서 맹렬한 존재로 폭파 될 수 있습니다. 다른 입자를 교환하여 상호 작용합니다. 광자는 전자기력을 전달하고, 글루온은 쿼크를 결합시키는 강한 힘을 전달하고, 거대한 W와 Z 보손은 약한 힘을 가지고 있습니다.
.표준 모델은 과학자들이 지금까지 입자 콜라더에서 본 모든 것을 설명합니다. 그러나 그것은 자연의 궁극적 인 이론이 될 수는 없습니다. 그것은 중력의 힘을 제거하고, 우주에서 6 대 1의 평범한 물질을 능가하는 신비 롭고 보이지 않는 암흑 물질을 포함하지 않습니다.
.LHC는 그 곤경을 깨뜨려야했다. 링에서, 반대 방향으로 순환하는 양성자는 이전의 모든 콜라이더보다 거의 7 배나 높은 에너지에서 함께 충돌하여 LHC가 다른 곳에서 만들기에는 너무 거대한 입자를 생성 할 수있게한다. 10 년 전 많은 물리학 자들은 새로운 힘을 발휘하는 입자 나 미니-흑백 구멍을 포함한 경이로움을 빠르게 발견했습니다. 독일 실험실 Desy의 입자 물리학 책임자 인 Beate Heinemann은 이렇게 회상합니다. 물리학 자들은 iggs를 찾는 데 더 오래 걸릴 것이라고 예측했다.
대신, Higgs는 비교적 빠른 3 년 만에 나타났습니다. 이는 많은 물리학 자들이 예상했던 것보다 다소 방대하기 때문에 양성자보다 약 133 배이기 때문에 생산하기가 더 쉬워졌습니다. 그리고 그 기념비적 인 발견 후 10 년 후, 다른 새로운 입자는 나타나지 않았습니다.
그 부족은 물리학 자의 소중한 아이디어를 약화 시켰습니다. 자연이라고 불리는 개념은 iggs의 낮은 질량이 LHC의 손아귀 내에 새로운 입자의 존재를 어느 정도 보장했음을 제안했다. 양자 역학에 따르면, 진공에 "사실상"숨어있는 모든 입자는 실제와 상호 작용하여 특성에 영향을 미칩니다. 그것이 바로 가상 Higgs Bosons가 다른 입자에게 질량을주는 방식입니다.
그러나 물리학은 두 가지 방법을 모두 자릅니다. Higgs Boson의 질량은 진공 상태에서 다른 표준 모델 입자에 의해 극적으로 위로 올라 가야합니다. 특히 상단 쿼크, 양성자의 무게가 184 배인 UP 쿼크의 무거운 버전입니다. 이런 일은 일어나지 않기 때문에 이론가들은 적어도 하나의 다른 새로운 입자가 비슷한 질량과 올바른 특성, 특히 다른 스핀이 상단 쿼크의 효과를“자연스럽게”대적하기 위해 진공에있어서 존재한다고 추론했다.
.초대칭으로 알려진 이론적 개념은 그러한 입자를 공급할 것이다. 알려진 모든 표준 모델 입자에 대해 다른 스핀을 가진 더 무거운 파트너가됩니다. 진공 상태에 숨어있는이 파트너들은 Higgs의 덩어리가 도망 치는 것을 막을뿐만 아니라, 히그 스 필드가 어떻게 진공 상태가 아닌 전기장처럼 어떻게 퍼져 나갔는지 설명하는 데 도움이 될 것입니다. 초대칭 입자는 심지어 암흑 물질을 설명 할 수도 있습니다.
그러나 지난 10 년 동안 나타난 것은 바보들과 표준 모델 예측 사이의 불일치를 불러 일으키는 변덕스러운 입자 대신 물리학 자들이 LHC의 다음 3 년간 실행에서 탐구 할 것입니다. 예를 들어, 2017 년, LHC가 공급 한 4 개의 큰 입자 탐지기 중 하나 인 LHCB와 함께 일하는 물리학 자들은 무거운 바닥 쿼크를 함유하는 B 메손, 뮤온과 안티 무온이라 불리는 입자보다 전자와 양전자로 더 자주 부패하는 것으로 나타났습니다. 표준 모델은 두 가지 요금이 동일해야하며 LEPTOQUARK라고 불리는 이국적인 입자의 존재로 인해 차이가 설명 될 수 있으며, 이는 LHC의 출력에 이미 숨겨져있을 수 있다고 Ellis는 말합니다.
마찬가지로, 다른 곳에서 실험에 따르면 뮤온은 표준 모델이 예측하는 것보다 약간 더 자기가 될 수 있습니다 ( science , 2021 년 4 월 9 일, p. 113). 엘리스는 변칙이 초대칭 입자 나 leptoquarks의 힌트가 될 수 있다고 말합니다.
Higgs 자체는 관찰 된 특성과 예측 특성의 차이가 새로운 물리학을 알리기 때문에 다른 탐사의 길을 제공합니다. 예를 들어, 2020 년 8 월, LHC의 두 가지 가장 큰 탐지기 인 Atlas와 CMS와 함께 일하는 물리학 자 팀은 두 사람 모두 iggs가 뮤온과 안티 무어로 부패하는 것을 발견했다고 발표했습니다. Fermi National Accelerator Laboratory의 이론가 인 Marcela Carena는 이러한 붕괴하기 어려운 붕괴 속도가 예측에 따라 다르면 진공 상태에 숨어있는 새로운 입자를 가리킬 수 있다고 말합니다.
이러한 검색으로 인해 극적인 "유레카!" 그러나 순간. Heinemann은“미묘한 효과의 매우 정확한 측정으로 전환이 있습니다. 그럼에도 불구하고 Carena는 다음과 같이 말합니다.“20 년 후에, 나는‘오, iggs 스 발견 후 우리는 새로운 것을 배웠습니다.’
라고 말할 것입니다.다른 사람들은 LHC 실험자의 기회에 대해 덜 거칠다. 쌍둥이 도시 미네소타 대학교 (University of Minnesota)의 물리학자인 마빈 마샬 (Marvin Marshak)은“그들은 사막에 직면하고 있으며 다른 시설을 사용하여 중성미자를 연구하는 마빈 마시 락은 말합니다. 낙관론자조차도 LHC가 새로운 것을 찾지 못하면 세계 정부가 필드를 계속 유지하기 위해 더 크고 더 비싼 충돌기를 건설하도록 설득하기가 더 어려울 것이라고 말합니다.
.현재 LHC의 많은 물리학 자들은 스매싱 양성자로 돌아가서 흥분합니다. 지난 3 년 동안 과학자들은 탐지기를 업그레이드하고 콜리더를 공급하는 낮은 에너지 가속기를 재 작업했습니다. CERN의 가속기 및 빔 담당 이사 인 Mike Lamont는 LHC는 이제보다 일정한 충돌 속도로 데이터 흐름을 50%까지 효과적으로 증가시켜야한다고 말합니다.
Lamont는 가속기 물리학 자들이 LHC의 빔을 천천히 조정하고 있다고 말했다. 빔이 충분히 안정적 일 때만 탐지기를 켜고 데이터 가져 오기를 재개합니다. Lamont는이 스위치는 7 월 5 일, 10 년, 히그 스 디스커버리 발표 후 1 일 후에 뒤집어 야한다고 LaMont는 말했다. "지속적인 달리기에 들어가는 것이 좋습니다."
