如何摆脱物理学的僵局？
下一代粒子对撞机将耗资数十亿美元。 有计划在欧洲和中国制造此类设备，但科学家质疑这是否有意义。 也许我们应该寻找一种新的实验和研究方法，从而在物理学上取得突破？
标准模型已经多次得到证实，包括在大型强子对撞机 (LHC) 上，但它并没有达到物理学的所有期望。 它无法解释诸如暗物质和暗能量的存在之类的奥秘，或者为什么引力与其他基本力如此不同。
在传统上处理此类问题的科学中，有一种方法可以证实或反驳这些假设。 额外数据的收集 - 在这种情况下，来自更好的望远镜和显微镜，也许来自全新的，甚至更大的 超级保险杠 这将创造一个被发现的机会 超对称粒子。
2012年，中科院高能物理研究所公布了建造巨型超级计数器的计划。 计划 正电子对撞机 (CEPC) 它的周长约为 100 公里，几乎是大型强子对撞机的四倍（1)。 作为回应，2013 年，大型强子对撞机的运营商，即欧洲核子研究中心，宣布了其新碰撞装置的计划，称为 未来圆形对撞机 (FCC).
1. 规划中的 CEPC、FCC 和 LHC 加速器的尺寸比较。
然而，科学家和工程师想知道这些项目是否值得巨额投资。 诺贝尔粒子物理学奖获得者杨振宁三年前在他的博客上批评了使用新的超对称性寻找超对称性的痕迹，称其为“猜谜游戏”。 一个非常昂贵的猜测。 中国的许多科学家对此表示赞同，在欧洲，科学界的杰出人物也以同样的精神谈论 FCC 项目。
这是法兰克福高级研究所的物理学家 Sabine Hossenfelder 向 Gizmodo 报告的。 -
创造更强大对撞机的项目的批评者指出，情况与建造时不同。 当时就知道我们甚至在寻找 博格斯希格斯。 现在目标不太明确。 大型强子对撞机为适应希格斯粒子的发现而升级后的实验结果保持沉默——自 2012 年以来没有任何突破性发现——有点不祥。
此外，还有一个众所周知但也许并不普遍的事实： 我们对大型强子对撞机实验结果的了解仅来自对当时获得的数据的大约 0,003% 的分析。 我们无法处理更多。 不能排除，困扰我们的物理学重大问题的答案已经在我们没有考虑的 99,997% 中。 所以也许你不需要太多的东西来建造另一台又大又贵的机器，而是想办法分析更多的信息？
值得考虑，特别是因为物理学家希望从机器中挤出更多的东西。 最近开始的两年停机时间（所谓的）将使对撞机在 2021 年之前保持不活动状态，以便进行维护（2）。 然后它将开始以相似或更高的能量运行，然后在 2023 年进行重大升级，计划于 2026 年完成。
这种现代化将耗资 XNUMX 亿美元（与 FCC 的计划成本相比便宜），其目标是创建一个所谓的。 高亮度-LHC。 到 2030 年，这可能会使汽车每秒产生的碰撞次数增加十倍。
2、大型强子对撞机的维修工作
那是一个中微子
大型强子对撞机没有检测到的粒子之一，虽然预计会是，但它是 WIMP （-弱相互作用的大质量粒子）。 这些是假设的重粒子（从 10 GeV/s² 到几个 TeV/s²，而质子质量略小于 1 GeV/s²）以与弱相互作用相当的力与可见物质相互作用。 他们将解释被称为暗物质的神秘物质，它在宇宙中的常见度是普通物质的五倍。
在大型强子对撞机上，在这 0,003% 的实验数据中没有发现 WIMP。 但是，有更便宜的方法 - 例如。 XENON-NT实验 (3)，意大利地下深处的一大桶液态氙气，正在被送入研究网络。 在南达科他州的另一个巨大的氙气桶 LZ 中，搜索最早将于 2020 年开始。
另一个由超灵敏超冷半导体探测器组成的实验被称为 SuperKDMS SNOLAB, 将于 2020 年初开始向安大略省上传数据。 因此，最终在 20 世纪 XNUMX 年代“射杀”这些神秘粒子的机会正在增加。
懦夫并不是科学家们追求的唯一暗物质候选者。 相反，实验可以产生称为轴子的替代粒子，这些粒子不能像中微子一样被直接观察到。
未来十年很可能属于与中微子有关的发现。 它们是宇宙中最常见的粒子之一。 同时，它也是最难研究的一种，因为中微子与普通物质的相互作用非常微弱。
科学家们早就知道，这种粒子是由三种独立的所谓味道和三种独立的质量态组成的——但它们并不完全匹配味道，由于量子力学，每种味道都是三种质量态的组合。 研究人员希望找出这些团块的确切含义，以及当它们组合在一起创造出每种香味时它们出现的顺序。 实验如 凯瑟琳 在德国，他们必须收集必要的数据来确定未来几年的这些价值。
3. XENON-nT 探测器型号
中微子具有奇怪的特性。 例如，在太空旅行，他们似乎在口味之间摇摆不定。 专家来自 江门地下中微子观测站 在中国，预计明年将开始收集附近核电站排放的中微子数据。
有这个类型的项目 超级神冈， 日本的观察已经进行了很长时间。 美国已经开始建设自己的中微子试验场。 LBNF 在伊利诺伊州进行深度中微子实验 DUNE 在南达科他州。
耗资 1,5 亿美元的多国资助的 LBNF/DUNE 项目预计将于 2024 年启动，到 2027 年全面投入运营。 其他旨在解开中微子秘密的实验包括 大街， 在田纳西州的橡树岭国家实验室，以及 短基线中微子程序， 在伊利诺伊州费米实验室。
反过来，在项目中 传奇200， 计划于 2021 年开放，将研究一种称为无中微子双β衰变的现象。 假设来自原子核的两个中子同时衰变为质子，每个质子都射出一个电子， , 与另一个中微子接触并湮灭。
如果存在这样的反应，它将提供证据表明中微子是它们自己的反物质，间接证实了另一个关于早期宇宙的理论——解释了为什么物质多于反物质。
物理学家还想最终研究穿透太空并导致宇宙膨胀的神秘暗能量。 暗能量光谱 该工具（DESI）去年才开始工作，预计将于 2020 年推出。 大型天气观测望远镜 在智利，由国家科学基金会/能源部进行试点，一项使用该设备的成熟研究计划将于 2022 年开始。
另一方面 （4)，注定成为即将过去十年的盛事，终将成为二十周年的英雄。 除了计划中的搜索之外，它还将通过观察星系及其现象来促进对暗能量的研究。
4.詹姆斯韦伯望远镜的可视化
我们要问什么
按照常识，如果十年后我们问同样没有答案的问题，物理学的下一个十年将不会成功。 当我们得到我们想要的答案时会好得多，但当出现全新的问题时也会好得多，因为我们不能指望物理学会说“我没有更多问题”了。
