Comment sortir de l'impasse en physique ?
Le collisionneur de particules de prochaine génération coûtera des milliards de dollars. Il est prévu de construire de tels appareils en Europe et en Chine, mais les scientifiques se demandent si cela a du sens. Peut-être devrions-nous chercher une nouvelle façon d'expérimenter et de rechercher qui conduira à une percée en physique ?
Le modèle standard a été confirmé à plusieurs reprises, y compris au Grand collisionneur de hadrons (LHC), mais il ne répond pas à toutes les attentes de la physique. Il ne peut pas expliquer des mystères tels que l'existence de la matière noire et de l'énergie noire, ou pourquoi la gravité est si différente des autres forces fondamentales.
Dans la science traitant traditionnellement de tels problèmes, il existe un moyen de confirmer ou d'infirmer ces hypothèses. collecte de données supplémentaires - dans ce cas, de meilleurs télescopes et microscopes, et peut-être d'un tout nouveau, encore plus grand super pare-chocs qui créera une chance d'être découvert particules supersymétriques.
En 2012, l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences a annoncé un projet de construction d'un super compteur géant. Prévu Collisionneur électron-positon (CEPC) il aurait une circonférence d'environ 100 km, soit près de quatre fois celle du LHC (1). En réponse, en 2013, l'opérateur du LHC, c'est-à-dire le CERN, a annoncé son projet d'un nouveau dispositif de collision appelé Futur collisionneur circulaire (FCC).
1. Comparaison de la taille des accélérateurs prévus CEPC, FCC et LHC.
Cependant, les scientifiques et les ingénieurs se demandent si ces projets valent l'énorme investissement. Chen-Ning Yang, lauréat du prix Nobel de physique des particules, a critiqué la recherche de traces de supersymétrie à l'aide de la nouvelle supersymétrie il y a trois ans sur son blog, la qualifiant de "jeu de devinettes". Une supposition très coûteuse. Il a été repris par de nombreux scientifiques en Chine, et en Europe, les sommités de la science ont parlé dans le même esprit du projet FCC.
Cela a été rapporté à Gizmodo par Sabina Hossenfelder, physicienne à l'Institute for Advanced Study de Francfort. -
Les critiques des projets visant à créer des collisionneurs plus puissants notent que la situation est différente de celle au moment de sa construction. On savait à l'époque qu'on cherchait même Bogs Higgs. Maintenant, les objectifs sont moins définis. Et le silence dans les résultats des expériences menées par le Large Hadron Collider mis à niveau pour accueillir la découverte de Higgs – sans découvertes révolutionnaires depuis 2012 – est quelque peu inquiétant.
De plus, il existe un fait bien connu, mais peut-être pas universel, selon lequel tout ce que nous savons des résultats des expériences au LHC provient de l'analyse d'environ 0,003 % seulement des données obtenues alors. Nous ne pouvions tout simplement pas gérer plus. Il ne peut être exclu que les réponses aux grandes questions de physique qui nous hantent soient déjà dans les 99,997% que nous n'avons pas pris en compte. Alors peut-être que vous n'avez pas tant besoin de construire une autre grosse machine coûteuse, mais de trouver un moyen d'analyser beaucoup plus d'informations ?
Cela vaut la peine d'être considéré, d'autant plus que les physiciens espèrent tirer encore plus de la voiture. Un temps d'arrêt de deux ans (soi-disant) qui a commencé récemment maintiendra le collisionneur inactif jusqu'en 2021, permettant la maintenance (2). Il commencera alors à fonctionner à des énergies similaires ou légèrement supérieures, avant de subir une mise à niveau majeure en 2023, avec un achèvement prévu pour 2026.
Cette mise à niveau coûtera un milliard de dollars (bon marché par rapport au coût prévu de la FCC), et son objectif est de créer un soi-disant. Haute luminosité-LHC. D'ici 2030, cela pourrait multiplier par dix le nombre de collisions produites par une voiture par seconde.
2. Travaux de réparation sur le LHC
c'était un neutrino
L'une des particules qui n'a pas été détectée au LHC, bien qu'on s'y attendait, est MAUVIETTE (-particules massives interagissant faiblement). Ce sont d'hypothétiques particules lourdes (de 10 GeV/s² à plusieurs TeV/s², alors que la masse du proton est légèrement inférieure à 1 GeV/s²) interagissant avec la matière visible avec une force comparable à l'interaction faible. Ils expliqueraient une masse mystérieuse appelée matière noire, qui est cinq fois plus fréquente dans l'univers que la matière ordinaire.
Au LHC, aucun WIMP n'a été trouvé dans ces 0,003 % des données expérimentales. Cependant, il existe des méthodes moins chères pour cela - par exemple. Expérience XENON-NT (3), une énorme cuve de xénon liquide profondément souterraine en Italie et en cours d'alimentation dans le réseau de recherche. Dans une autre immense cuve de xénon, LZ dans le Dakota du Sud, les recherches commenceront dès 2020.
Une autre expérience, consistant en des détecteurs à semi-conducteurs ultra-froids supersensibles, est appelée SuperKDMS SNOLAB, commencera à télécharger des données en Ontario au début de 2020. Ainsi, les chances de «tirer» enfin sur ces mystérieuses particules dans les années 20 du XNUMXe siècle augmentent.
Les mauviettes ne sont pas les seuls candidats à la matière noire recherchés par les scientifiques. Au lieu de cela, les expériences peuvent produire des particules alternatives appelées axions qui ne peuvent pas être observées directement comme les neutrinos.
Il est très probable que la prochaine décennie appartiendra aux découvertes liées aux neutrinos. Ils font partie des particules les plus courantes dans l'univers. En même temps, l'un des plus difficiles à étudier, car les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière ordinaire.
Les scientifiques savent depuis longtemps que cette particule est composée de trois soi-disant saveurs distinctes et de trois états de masse distincts - mais elles ne correspondent pas exactement aux saveurs, et chaque saveur est une combinaison de trois états de masse dus à la mécanique quantique. Les chercheurs espèrent connaître la signification exacte de ces masses et l'ordre dans lequel elles apparaissent lorsqu'elles sont combinées pour créer chaque parfum. Des expériences telles que CATHERINE en Allemagne, ils doivent collecter les données nécessaires pour déterminer ces valeurs dans les années à venir.
3. Modèle de détecteur XENON-nT
Les neutrinos ont des propriétés étranges. Voyageant dans l'espace, par exemple, ils semblent osciller entre les goûts. Des spécialistes de Observatoire souterrain de neutrinos de Jiangmen en Chine, qui devrait commencer à collecter des données sur les neutrinos émis par les centrales nucléaires voisines l'année prochaine.
Il y a un projet de ce type Super Kamiokande, les observations au Japon durent depuis longtemps. Les États-Unis ont commencé à construire leurs propres sites de test de neutrinos. LBNF dans l'Illinois et une expérience avec des neutrinos en profondeur DUNE dans le Dakota du Sud.
Le projet LBNF/DUNE financé par plusieurs pays de 1,5 milliard de dollars devrait démarrer en 2024 et être pleinement opérationnel d'ici 2027. D'autres expériences conçues pour percer les secrets du neutrino comprennent RUE, au laboratoire national d'Oak Ridge dans le Tennessee, et programme neutrino court de base, au Fermilab, Illinois.
À son tour, dans le projet Légende-200, Prévu pour ouvrir en 2021, un phénomène connu sous le nom de double désintégration bêta sans neutrinos sera étudié. On suppose que deux neutrons du noyau d'un atome se désintègrent simultanément en protons, dont chacun éjecte un électron et , entre en contact avec un autre neutrino et s'annihile.
Si une telle réaction existait, cela fournirait la preuve que les neutrinos sont leur propre antimatière, confirmant indirectement une autre théorie sur l'univers primitif - expliquant pourquoi il y a plus de matière que d'antimatière.
Les physiciens veulent enfin se pencher sur la mystérieuse énergie noire qui s'infiltre dans l'espace et provoque l'expansion de l'univers. Spectroscopie d'énergie noire L'outil (DESI) n'a commencé à fonctionner que l'année dernière et devrait être lancé en 2020. Grand télescope d'étude synoptique au Chili, piloté par la National Science Foundation/Department of Energy, un véritable programme de recherche utilisant cet équipement devrait démarrer en 2022.
D'un autre côté (4), qui devait devenir l'événement de la décennie à venir, deviendra à terme le héros du vingtième anniversaire. En plus des recherches prévues, il contribuera à l'étude de l'énergie noire en observant les galaxies et leurs phénomènes.
4. Visualisation du télescope James Webb
Qu'allons-nous demander
Dans le bon sens, la prochaine décennie en physique ne sera pas couronnée de succès si dans dix ans nous posons les mêmes questions sans réponse. Ce sera bien mieux quand nous aurons les réponses que nous voulons, mais aussi quand des questions complètement nouvelles se poseront, parce que nous ne pouvons pas compter sur une situation dans laquelle la physique dira "je n'ai plus de questions", jamais.
