Tá fisic nua ag taitneamh ó go leor áiteanna

Tá aon athruithe féideartha a d’fhéadfaimis a bheith ag iarraidh a dhéanamh ar Mhúnla Chaighdeánach na fisice (1) nó ar an gcoibhneasacht ghinearálta, an dá theoiric is fearr (cé nach bhfuil comhoiriúnach) na cruinne, an-teoranta cheana féin. I bhfocail eile, ní féidir leat go leor rudaí a athrú gan an bonn a bhaint den iomlán.

Is é fírinne an scéil go bhfuil torthaí agus feiniméin ann freisin nach féidir a mhíniú ar bhonn na múnlaí is eol dúinn. Mar sin ar cheart dúinn ár ndícheall a dhéanamh gach rud atá domhínithe nó nach bhfuil oiriúnach do na teoiricí atá ann cheana féin a dhéanamh ar gach costas, nó ar chóir dúinn cinn nua a lorg? Tá sé seo ar cheann de na ceisteanna bunúsacha na fisice nua-aimseartha.

Mhínigh an tSamhail Chaighdeánach d'fhisic na gcáithníní gach idirghníomhaíocht aitheanta agus aimsithe idir cáithníní a breathnaíodh riamh. Tá na cruinne comhdhéanta de cairéil, leptonov agus bosúin a thomhas, a tharchuireann trí cinn de na ceithre fhórsa bhunúsacha sa nádúr agus a thugann mais scíthe do cháithníní. Tá coibhneasacht ghinearálta ann freisin, ár dteoiric chandamach ar dhomhantarraingt, ar an drochuair, a chuireann síos ar an ngaol idir spás-am, ábhar agus fuinneamh sa Cruinne.

Is é an deacracht a bhaineann le dul thar an dá theoiric seo ná má dhéanann tú iarracht iad a athrú trí eilimintí, coincheapa agus cainníochtaí nua a thabhairt isteach, gheobhaidh tú torthaí a thagann salach ar na tomhais agus na breathnuithe atá againn cheana féin. Is fiú a mheabhrú freisin, más mian leat dul níos faide ná ár gcreat eolaíoch reatha, go bhfuil an dualgas cruthúnais ollmhór. Ar an láimh eile, tá sé deacair gan a bheith ag súil leis an oiread sin ó dhuine a bhaineann an bonn de shamhlacha fíor-aimseartha atá ann le blianta fada anuas.

I bhfianaise na n-éileamh sin, ní haon ionadh é gur ar éigean a dhéanann aon duine iarracht dúshlán iomlán a thabhairt don paraidím atá ann cheana féin san fhisic. Agus má tharlaíonn sé, ní ghlactar go dáiríre leis ar chor ar bith, ós rud é go dtagann sé go tapa ar sheiceálacha simplí. Mar sin, má fheiceann muid poill ionchasacha, níl iontu seo ach frithchaiteoirí a thugann le fios go bhfuil rud éigin ag taitneamh áit éigin, ach níl sé soiléir an fiú dul ann ar chor ar bith.

Ní féidir le fisic cáiliúil dul i ngleic leis na cruinne

Samplaí de shimmer seo “go hiomlán nua agus difriúil”? Bhuel, mar shampla, breathnaítear ar an treoluas recoil, atá cosúil ar neamhréir leis an ráiteas nach bhfuil an Cruinne líonta ach le cáithníní den tSamhail Chaighdeánach agus go gcloíonn sé le coibhneas ginearálta. Tá a fhios againn nach leor foinsí aonair domhantarraingthe, réaltraí, braislí réaltraí, agus fiú an ngréasán mór cosmaí chun an feiniméan seo a mhíniú, ach amháin b'fhéidir. Tá a fhios againn, cé gur chóir ábhar agus frithábhar a chruthú agus a scriosadh i gcainníochtaí comhionanna de réir na Samhail Chaighdeánaigh, go mairimid i Cruinne atá comhdhéanta den chuid is mó d'ábhar le méid beag frithábhar. I bhfocail eile, feicimid nach féidir le “fisic aitheanta” gach rud a fheiceann muid sa Cruinne a mhíniú.

Tá torthaí gan choinne ag go leor turgnaimh a d'fhéadfadh a bheith réabhlóideach dá ndéanfaí tástáil orthu ag leibhéal níos airde. D’fhéadfadh gur earráid thurgnamhach fiú Aimhrialtacht Adamhach mar a thugtar air a thugann le fios go bhfuil cáithníní ann, ach d’fhéadfadh gur comhartha é go bhfuiltear ag dul thar an tSamhail Chaighdeánach. Tugann modhanna éagsúla chun na Cruinne a thomhas luachanna difriúla do ráta a leathnú - fadhb a scrúdaíomar go mion in eagrán le déanaí de MT.

Mar sin féin, ní thugann aon cheann de na haimhrialtachtaí seo torthaí diongbháilte a dhóthain le go mbreathnófar orthu mar chomhartha dosháraithe na fisice nua. D’fhéadfadh gur luaineachtaí staitistiúla nó ionstraim chalabraithe mícheart aon cheann nó gach ceann díobh seo. B’fhéidir go léiríonn go leor díobh seo fisic nua, ach is féidir iad a mhíniú chomh héasca céanna trí úsáid a bhaint as cáithníní agus feiniméin aitheanta i gcomhthéacs na coibhneasachta ginearálta agus na Múnla Caighdeánach.

Tá sé beartaithe againn triail a bhaint as, ag súil le torthaí agus moltaí níos soiléire. B'fhéidir go bhfeicfimid go luath an bhfuil luach leanúnach ag fuinneamh dorcha. Bunaithe ar shuirbhéanna beartaithe réaltraí atá á ndéanamh ag Réadlann Vera Rubin agus sonraí ar ollnóva i bhfad i gcéin le soláthar amach anseo. Teileascóp Nancy Grace, WFIRST roimhe seo, ní mór dúinn a fháil amach an dtagann athrú ar fhuinneamh dorcha le himeacht ama go dtí laistigh de 1%. Má tá sé seo fíor, ansin beidh ar ár múnla cosmeolaíoch “caighdeánach” a athrú. Is féidir go gcuirfidh an Aintíní Spáis Interferometer Léasair (LISA) sa phlean iontas orainn freisin. I mbeagán focal, táimid ag brath ar na gairis breathnadóireachta agus na turgnaimh atá beartaithe againn.

Táimid fós ag obair i bhfisic na gcáithníní freisin, ag súil le feiniméin a aimsiú lasmuigh den tSamhail, mar thomhais níos cruinne ar mhóimintí maighnéadacha an leictreoin agus an mhuóin - mura n-aontaíonn siad, tagann fisic nua chun cinn. Táimid ag obair chun a fháil amach conas a luainíonn siad neoidríonó – anseo, freisin, tá fisic nua ag taitneamh. Agus má thógaimid imbhuailteoir leictreon-posatrón cruinn, bíodh sé ciorclach nó líneach (2), beimid in ann rudaí a bhrath lasmuigh den tSamhail Chaighdeánach nach féidir leis an LHC a bhrath go fóill. I saol na fisice, tá leagan níos mó den LHC le imlíne suas le 100 km beartaithe le fada. Chruthódh sé seo fuinneamh imbhuailte níos airde, rud a thabharfadh, dar le go leor fisiceoirí, feiniméin nua le fios ar deireadh. Mar sin féin, is infheistíocht an-chostasach é seo, agus ní mór amhras a bheith ann ach fathach a thógáil ar an bprionsabal “tógfaimid é agus féach cad a thaispeánann sé dúinn”.

2. Imbhuailteoir lepton líneach - léirshamhlú

Tá dhá chineál cur chuige ann maidir le fadhbanna san eolaíocht fhisiceach. Is cur chuige casta an chéad cheann, arb éard é dearadh caol turgnamh nó réadlann chun fadhb shonrach a réiteach. Tugtar an modh fórsa brute ar an dara cur chuige.a dhearann ​​turgnamh nó réadlann ilúsáideach, brú-theorann chun an Cruinne a iniúchadh ar bhealach iomlán nua seachas na cuir chuige a bhí againn roimhe seo. Tá an chéad cheann níos versed sa tSamhail Chaighdeánach. Ceadaíonn an dara ceann duit rianta de rud éigin níos mó a fháil, ach, ar an drochuair, níl an rud seo sainmhínithe go beacht. Mar sin, tá a míbhuntáistí ag an dá mhodh.

Cuardaigh le haghaidh an mar a thugtar air Ba chóir go n-áireofaí sa dara catagóir Teoiric gach rud (THO), Soitheach naofa na fisice, mar is minic a thagann sé síos go dtí an cuardach le haghaidh fuinnimh níos mó (3), ag a bhfuil fórsaí an dúlra le chéile ar deireadh thiar. in aon idirghníomhaíocht amháin.

3. Fuinneamh a theastaíonn chun idirghníomhaíochtaí a aontú go hipitéiseach

neodrina Nisforna

Le déanaí, tá an eolaíocht tar éis tosú ag díriú níos mó agus níos mó ar réimsí níos suimiúla, mar thaighde neodríonó, a d'fhoilsíomar tuarascáil fhairsing le déanaí ag MT. I mí Feabhra 2020, d’fhoilsigh an Astrophysical Journal foilseachán faoi aimsiú neodríonónna ardfhuinnimh de bhunadh anaithnid san Antartaice. Chomh maith leis an turgnamh aitheanta, rinneadh taighde freisin ar an mór-roinn reoite faoin gcódainm ANITA (), a bhí comhdhéanta de scaoileadh balún le braiteoir tonnta raidió.

Dearadh an dá agus ANITA chun tonnta raidió a chuardach ó neodríonónna ardfhuinnimh a imbhuaileann leis an ábhar soladach a dhéanann suas oighear. Mhínigh Avi Loeb, cathaoirleach Roinn Réalteolaíochta Harvard, ar shuíomh Gréasáin an Salon: “Is cinnte gur aimhrialtacht iad na himeachtaí a bhraith ANITA toisc nach féidir iad a mhíniú mar neodríonón ó fhoinsí réaltfhisiceacha. (...) D'fhéadfadh sé a bheith ina cháithnín de chineál éigin a idirghníomhaíonn le gnáth-ábhar níos laige ná neoidríonó. Tá amhras orainn go bhfuil a leithéid de cháithníní ann mar ábhar dorcha. Ach cad a dhéanann imeachtaí ANITA chomh fuinniúil sin?

Is iad neoidríonó na cáithníní amháin atá ar eolas a sháraíonn an Múnla Caighdeánach. De réir Mhúnla Caighdeánach na gcáithníní bunrang, ba cheart go mbeadh trí chineál neodríonón againn (leictreon, muon agus tau) agus trí chineál antineutrinos, agus nuair a bhíonn siad déanta ba chóir go mbeadh siad cobhsaí agus gan athrú ina n-airíonna. Ó na 60idí, nuair a bhí an chuma ar na chéad ríomhanna agus tomhais de neodríonón a tháirgtear ag an nGrian, thuig muid go raibh fadhb ann. Bhí a fhios againn cé mhéad leictreoin neodríonó a tháirgtear i croí gréine. Ach nuair a thomhaiseamar cé mhéad a tháinig, ní fhacamar ach an tríú cuid den líon tuartha.

Tá rud éigin cearr lenár mbleachtairí, nó tá rud éigin cearr lenár múnla den Ghrian, nó tá rud éigin cearr leis na neoidríonó féin. Chuir turgnaimh imoibreora deireadh go tapa leis an nóisean go raibh aon rud cearr lenár brathadóirí (4). D’fheidhmigh siad mar a bhíothas ag súil leo agus bhí rátáil an-mhaith ar a gcuid feidhmíochta. Taifeadadh na neoidríonó a bhraitheamar i gcomhréir le líon na neodríonón a tháinig. Ar feadh na mblianta, tá go leor réalteolaithe ag argóint go bhfuil ár múnla gréine mícheart.

4. Íomhánna d'imeachtaí neodríonó i radaíocht Cherenkov ón mbrathadóir Super Kamiokande

Ar ndóigh, bhí féidearthacht choimhthíocha eile ann, dá mbeadh sé fíor, go n-athródh ár dtuiscint ar an gcruinne ón méid a thuar an tSamhail Chaighdeánach. Is é an smaoineamh go bhfuil mais ag na trí chineál neodríonón a bhfuil aithne againn orthu i ndáiríre, nach bhfuil lean, agus gur féidir leo meascadh (oscillate) chun blasanna a athrú má tá go leor fuinnimh acu. Má sheoltar neoidríonó go leictreonach, féadfaidh sé athrú ar a bhealach chuig muon i taonsach níl sé seo indéanta ach amháin nuair a bhíonn mais aige. Tá imní ar eolaithe faoi fhadhb na láimhe deise agus na láimhe clé neodríonón. Mar murar féidir leat idirdhealú a dhéanamh idir é, ní féidir leat idirdhealú a dhéanamh cé acu an cáithnín nó an frithcháithnín é.

An féidir le neoidríonó a bheith ina frithcháithnín féin? Ní de réir an ghnáthshamhail Chaighdeánaigh. Fermioni gcás ginearálta níor chóir iad a bheith ina n-antiparticles féin. Is éard is fermion ann aon cháithnín a bhfuil rothlú ± ½ aige. Áirítear sa chatagóir seo gach cuarc agus leiptón, lena n-áirítear neodríonón. Mar sin féin, tá cineál speisialta fermion ann go dtí seo ach amháin go teoiriciúil - an fermion Majorana, arb é a antiparticle féin. Dá mbeadh sé ann, d’fhéadfadh rud éigin speisialta tarlú... neodrino saor in aisce, lobhadh beta dúbailte. Agus seo deis do thurgnamhóirí a bhí ag lorg bearna den sórt sin le fada.

I ngach próiseas breathnaithe a bhaineann le neodríonón, léiríonn na cáithníní seo airí a dtugann fisiceoirí an lámh chlé air. Níl neodríonónna láimhe deise, an síneadh is nádúrtha ar an tSamhail Chaighdeánach, le feiceáil in áit ar bith. Tá leagan ar thaobh na láimhe deise ag gach cáithnín MS eile, ach níl an neodríonón. Cén fáth? Tá an anailís is déanaí, thar a bheith cuimsitheach ag foireann idirnáisiúnta fisiceoirí, lena n-áirítear Institiúid na Fisice Núicléiche de chuid Acadamh Eolaíochtaí na Polainne (IFJ PAN) i Krakow, tar éis taighde a dhéanamh ar an gceist seo. Creideann eolaithe go bhféadfadh mainneachtain breathnú ar neodríonónna ar dheis a chruthú gur fermions Majorana iad. Dá mbeadh, tá leagan na láimhe deise thar a bheith ollmhór, rud a mhíneodh an deacracht a bhaineann le brath.

Agus fós níl a fhios againn cé acu an frithcháithníní iad neoidríonónna iad féin. Níl a fhios againn an bhfaigheann siad mais de bharr cúplála an-lag boson Higgs nó an bhfaigheann siad é trí mheicníocht éigin eile. Agus níl a fhios againn, b'fhéidir go bhfuil an earnáil neodríonó i bhfad níos casta ná mar a shíleann muid, agus neodríonónna steiriúla nó troma ag titim amach sa dorchadas.

Adaimh agus aimhrialtachtaí eile

I bhfisic na gcáithníní, seachas na neodríonónna trendy, tá réimsí taighde eile nach bhfuil chomh cáil orthu ónar féidir le “fisic nua” taitneamh a bhaint as. Mhol eolaithe, mar shampla, le déanaí cineál nua de cháithníní subatomic chun an mistéireach a mhíniú kaon lobhadh (5), cás speisialta de cháithnín meson comhdhéanta de cuarc amháin i déileálaí seandachtaí amháin. De réir mar a lobhadh cáithníní kaon, téann cuid bheag díobh faoi athruithe a chuireann iontas ar eolaithe. Féadfaidh stíl an mheath seo cineál nua cáithnín nó fórsa fisiceach nua ag an obair a léiriú. Téann sé seo thar an Múnla Caighdeánach.

Tá níos mó turgnaimh ann chun poill a aimsiú sa tSamhail Chaighdeánach. Ina measc seo tá cuardach ar an g-2 muon. Beagnach céad bliain ó shin, thuar an fisiceoir Paul Dirac móimint maighnéadach leictreoin ag baint úsáide as g, uimhir a chinneann airíonna casadh cáithnín. Ansin léirigh tomhais go raibh "g" beagán difriúil ó 2, agus thosaigh fisiceoirí ag baint úsáide as an difríocht idir luach iarbhír "g" agus 2 chun staidéar a dhéanamh ar struchtúr inmheánach cáithníní subatomic agus dlíthe na fisice i gcoitinne. Sa bhliain 1959, rinne CERN sa Ghinéiv, an Eilvéis, an chéad turgnamh chun luach g-2 cáithnín fo-adamhach ar a dtugtar muon a thomhas, a bhaineann le leictreon ach buncháithnín éagobhsaí agus 207 uair níos troime.

Chuir Saotharlann Náisiúnta Brookhaven i Nua-Eabhrac tús lena turgnamh féin agus d’fhoilsigh sí torthaí a turgnaimh g-2 in 2004. Ní raibh an tomhas mar a thuar an tSamhail Chaighdeánach. Mar sin féin, níor bhailigh an turgnamh go leor sonraí le haghaidh anailíse staidrimh chun a chruthú go cinntitheach go raibh an luach tomhaiste fíor-dhifriúil agus ní luaineacht staidrimh amháin. Tá ionaid taighde eile ag déanamh turgnaimh nua le g-2 anois, agus is dócha go bhfoghlaimeoimid na torthaí go luath.

Tá rud éigin níos suimiúla ná seo aimhrialtachtaí Kaonovo i muon. In 2015, léirigh turgnamh ar mheath beiriliam 8Be aimhrialtacht. Tá eolaithe san Ungáir ag baint úsáide as a bhrathadóir. Mar sin féin, dála an scéil, fuair siad amach, nó shíl siad go raibh fuair siad amach, a thugann le tuiscint go bhfuil cúigiú fórsa bunúsach an dúlra ann.

Chuir fisiceoirí in Ollscoil California suim sa staidéar. Mhol siad go bhfuil an feiniméan, ar a dtugtar aimhrialtacht adaimh, ba chúis le cáithnín iomlán nua a bhí ceaptha chun an cúigiú fórsa an dúlra a iompar. X17 a thugtar air toisc go meastar go bhfuil a mhais chomhfhreagrach beagnach 17 milliún leictreon volta. Tá sé seo 30 uair mais leictreoin, ach níos lú ná mais prótóin. Agus is é an bealach a iompraíonn X17 le prótón ceann de na gnéithe is aisteach dó - is é sin, ní idirghníomhaíonn sé le prótón ar chor ar bith. Ina áit sin, idirghníomhaíonn sé le leictreon nó neodrón luchtaithe go diúltach, nach bhfuil aon táille air. Fágann sé sin go bhfuil sé deacair an cáithnín X17 a chur isteach inár Múnla Caighdeánach reatha. Tá baint ag bosons le fórsaí. Tá baint ag gluóin leis an bhfórsa láidir, bosúin agus an fórsa lag, agus fótóin le leictreamaighnéadas. Tá fiú boson hipitéiseach ann don dhomhantarraingt ar a dtugtar graviton. Mar bhosón, iompróidh X17 a fhórsa féin, mar an ceann a bhí ina rúndiamhair dúinn go dtí seo agus a d'fhéadfadh a bheith.

An Cruinne agus an treo is fearr leis?

I bpáipéar a foilsíodh i mí Aibreáin na bliana seo san iris Science Advances , thuairiscigh eolaithe ó Ollscoil New South Wales i Sydney go ndeimhníonn tomhais nua solais a astaítear le quasar 13 billiún solasbhliain ar shiúl taighde roimhe seo a d'aimsigh éagsúlachtaí beaga sa tairiseach. struchtúr subtle na Cruinne. An tOllamh John Webb míníonn UNSW (6) gur cainníocht é tairiseach an struchtúir mhín a úsáideann fisiceoirí mar thomhas ar fhórsa leictreamaighnéadach.” Fórsa leictreamaighnéadach coinníonn sé leictreoin timpeall na núicléis i ngach adamh sa chruinne. Gan é, thitfeadh gach ábhar as a chéile. Go dtí le déanaí, measadh gur fórsa leanúnach ama agus spáis é. Ach ina chuid taighde le fiche bliain anuas, thug an tOllamh Webb faoi deara aimhrialtacht i struchtúr soladach fíneáil, ina bhfuil an chuma i gcónaí ar an bhfórsa leictreamaighnéadach arna thomhas i dtreo amháin roghnaithe sa Cruinne.

"" a mhíníonn Webb. Níor tháinig na neamhréireachtaí chun cinn ó thomhais fhoireann na hAstráile, ach ó chomparáidí a gcuid torthaí le go leor tomhais solas cuasar ag eolaithe eile.

"" a deir an tOllamh Webb. "". Ina thuairim, is cosúil go dtugann na torthaí le tuiscint go bhféadfadh treo tosaíochta a bheith ann sa chruinne. I bhfocail eile, bheadh ​​struchtúr dépholach ag an gCruinne, i gciall éigin.

"" Labhraíonn an t-eolaí faoi na haimhrialtachtaí faoi deara.

Seo rud eile: In ionad an rud a measadh a bheith ina scaipeadh randamach de réaltraí, quasars, scamaill gháis agus pláinéid leis an saol, go tobann tá comhghleacaí thuaidh agus theas ag na Cruinne. Tá an tOllamh Webb fós sásta a admháil gur comhtharlú ollmhór iad tomhais na n-eolaithe, a dhéantar ag céimeanna éagsúla ag baint úsáide as teicneolaíochtaí éagsúla agus ó áiteanna éagsúla ar an Domhan.

Tugann Webb le fios, má tá treoshuíomh sa chruinne, agus má tharlaíonn go bhfuil an leictreamaighnéadas beagán difriúil i réigiúin áirithe den chosmas, ní mór athmhachnamh a dhéanamh ar na coincheapa is bunúsaí atá mar bhunús le cuid mhór den fhisic nua-aimseartha. "", labhraíonn. Tá an tsamhail bunaithe ar theoiric domhantarraingthe Einstein, a ghlacann go follasach le seasmhacht dhlíthe an dúlra. Agus mura bhfuil, ansin ... is iontach an smaoineamh é tógáil iomlán na fisice a chaitheamh.