Bidh fiosaig ùr a’ deàrrsadh bho iomadh àite

Tha atharrachaidhean sam bith a bu mhath leinn a dhèanamh air a’ Mhodal Coitcheann de fhiosaig (1) no càirdeas coitcheann, an dà theòiridh as fheàrr (ged nach eil iad co-chòrdail) mun chruinne-cè, gu math cuingealaichte mar-thà. Ann am faclan eile, chan urrainn dhut mòran atharrachadh gun a bhith a’ lagachadh an t-iomlan.

Is e an fhìrinn gu bheil toraidhean agus uinneanan ann cuideachd nach urrainnear a mhìneachadh air bunait nam modalan a tha aithnichte dhuinn. Mar sin am bu chòir dhuinn a dhol a-mach às ar slighe gus a h-uile dad a dhèanamh do-fhaicsinneach no neo-chunbhalach aig cosgais sam bith a tha co-chosmhail ri teòiridhean a tha ann mar-thà, no am bu chòir dhuinn coimhead airson feadhainn ùra? Is e seo aon de na ceistean bunaiteach mu fhiosaig an latha an-diugh.

Tha am Modail Coitcheann de fhiosaig gràin air mìneachadh gu soirbheachail a dhèanamh air a h-uile eadar-obrachadh aithnichte agus a chaidh a lorg eadar gràineanan a chaidh fhaicinn a-riamh. Tha an cruinne-cè air a dhèanamh suas de cuaich, leptonov agus bosons tomhais, a bhios a’ tar-chuir trì de na ceithir feachdan bunaiteach ann an nàdar agus a’ toirt am meud fois dha mìrean. Tha càirdeas coitcheann ann cuideachd, ar n-, gu mì-fhortanach, chan e teòiridh cuantamach air grabhataidh, a tha a’ toirt cunntas air a’ cheangal eadar ùine-fànais, cùis agus lùth anns a’ chruinne-cè.

Is e an duilgheadas ann a bhith a’ dol nas fhaide na an dà theòiridh seo ma dh’ fheuchas tu rin atharrachadh le bhith a’ toirt a-steach eileamaidean, bun-bheachdan agus meudan ùra, gheibh thu toraidhean a tha an-aghaidh na tomhais agus na beachdan a th’ againn mu thràth. Is fhiach cuimhneachadh cuideachd ma tha thu airson a dhol nas fhaide na ar frèam saidheansail gnàthach, gu bheil an eallach dearbhaidh uamhasach. Air an làimh eile, tha e duilich gun a bhith a’ dùileachadh uimhir bho chuideigin a tha a’ lagachadh mhodalan a chaidh fheuchainn is a dhearbhadh airson deicheadan.

A dh 'aindeoin iarrtasan mar seo, chan eil e na iongnadh nach eil duine sam bith a' feuchainn ri dùbhlan iomlan a thoirt don phàtran a th 'ann an-dràsta ann am fiosaig. Agus ma nì e, chan eil e air a ghabhail gu dona idir, oir bidh e gu sgiobalta a ’tuiteam air sgrùdaidhean sìmplidh. Mar sin, ma chì sinn tuill a dh’ fhaodadh a bhith ann, chan eil annta sin ach luchd-meòrachaidh, a’ comharrachadh gu bheil rudeigin a’ deàrrsadh an àiteigin, ach chan eil e soilleir am b’ fhiach a dhol ann idir.

Chan urrainn dha fiosaig aithnichte an cruinne-cè a làimhseachadh

Eisimpleirean de shimmer an “gu tur ùr agus eadar-dhealaichte” seo? Uill, mar eisimpleir, beachdan air an ìre ath-chuairteachaidh, a tha a 'coimhead neo-chunbhalach leis an aithris gu bheil an Cruinne-cè air a lìonadh a-mhàin le mìrean den mhodail àbhaisteach agus a' cumail ris an teòiridh coitcheann air càirdeas. Tha fios againn nach eil stòran grabhataidh fa-leth, galaxies, cruinneachaidhean de galaxies, agus eadhon an lìon mòr cosmaigeach gu leòr airson an iongantas seo a mhìneachadh, is dòcha. Tha fios againn, ged a tha am Modail Coitcheann ag ràdh gum bu chòir cùis agus antimatter a bhith air an cruthachadh agus air an sgrios ann an suimean co-ionann, gu bheil sinn beò ann an cruinne-cè a tha sa mhòr-chuid air a dhèanamh suas de chùis le beagan mì-chliù. Ann am faclan eile, tha sinn a 'faicinn nach urrainn "fiosaig aithnichte" a h-uile dad a chì sinn anns a' chruinne-cè a mhìneachadh.

Tha mòran dheuchainnean air toraidhean ris nach robh dùil a thoirt a-mach a dh’ fhaodadh, nan deidheadh ​​​​deuchainn aig ìre nas àirde, a bhith rèabhlaideach. Faodaidh eadhon an Anomaly Atamach ris an canar a bhith a’ nochdadh gu bheil gràineanan ann a bhith na mhearachd deuchainneach, ach faodaidh e cuideachd a bhith na chomharra air a dhol nas fhaide na am Modail Coitcheann. Tha diofar dhòighean air an cruinne-cè a thomhas a 'toirt seachad luachan eadar-dhealaichte airson an ìre leudachaidh aige - duilgheadas a bheachdaich sinn gu mionaideach ann an aon de na cùisean MT o chionn ghoirid.

Ach, chan eil gin de na neo-riaghailteachdan sin a 'toirt seachad toraidhean cinnteach gu leòr airson a bhith air am meas mar chomharra neo-chinnteach air fiosaig ùr. Dh’ fhaodadh gur e dìreach caochlaidhean staitistigeil a th’ ann an gin dhiubh sin no iad uile, no ionnstramaid air a chalabrachadh gu ceàrr. Is dòcha gu bheil mòran dhiubh a’ comharrachadh fiosaigs ùr, ach faodar a cheart cho furasta am mìneachadh le bhith a’ cleachdadh mìrean agus uinneanan aithnichte ann an co-theacsa càirdeas coitcheann agus am Modail Choitcheann.

Tha sinn an dùil deuchainnean a dhèanamh, an dòchas toraidhean agus molaidhean nas soilleire fhaighinn. Is dòcha gum faic sinn a dh'aithghearr a bheil luach seasmhach aig lùth dorcha. Stèidhichte air sgrùdaidhean galaxy dealbhaichte le Amharclann Vera Rubin agus dàta air supernovae fad às a bhith ri fhaighinn san àm ri teachd. Nancy grace teileasgop, roimhe seo WFIRST, feumaidh sinn faighinn a-mach a bheil lùth dorcha a 'fàs le ùine gu taobh a-staigh 1%. Ma tha, feumar ar modal cosmological “àbhaisteach” atharrachadh. Tha e comasach gun toir an antenna interferometer laser fànais (LISA) a thaobh plana iongnadh dhuinn cuideachd. Ann an ùine ghoirid, tha sinn a’ cunntadh air na carbadan amharc agus na deuchainnean a tha sinn a’ dealbhadh.

Tha sinn cuideachd fhathast ag obair ann an achadh particle fiosaig, an dòchas a lorg phenomena taobh a-muigh a 'Mhodail, leithid tomhas nas mionaidiche de na h-amannan magnatach an dealanan agus muon - mura h-eil iad ag aontachadh, bidh fiosaig ùr a' nochdadh. Tha sinn ag obair gus faighinn a-mach mar a tha iad ag atharrachadh neutrino - an seo cuideachd, tha fiosaig ùr a’ deàrrsadh troimhe. Agus ma thogas sinn inneal-bualadh electron-positron neo-mhearachdach, cruinn no sreathach (2), is urrainn dhuinn rudan a lorg taobh a-muigh a’ mhodail àbhaisteach nach urrainn don LHC a lorg fhathast. Ann an saoghal fiosaig, chaidh dreach nas motha den LHC le cearcall-thomhas suas ri 100 km a mholadh o chionn fhada. Bheireadh seo lùths bualadh nas àirde, a bhiodh, a rèir mòran eòlaichean fiosaig, mu dheireadh a’ comharrachadh uinneanan ùra. Ach, is e tasgadh air leth daor a tha seo, agus tha togail fuamhaire a-mhàin air a ’phrionnsapal -“ togaidh sinn e agus faic dè a sheallas e dhuinn ”a’ togail mòran teagamhan.

2. Sreathach lepton collider - lèirsinn

Tha dà sheòrsa dòigh-obrach ann airson duilgheadasan ann an saidheans corporra. Is e a 'chiad fhear dòigh-obrach iom-fhillte, a tha a’ toirt a-steach dealbhadh cumhang deuchainn no lann-amhairc airson fuasgladh fhaighinn air duilgheadas sònraichte. Canar modh feachd brute ris an dàrna dòigh-obrach.a leasaicheas deuchainn no lann-amhairc uile-choitcheann, putadh-crìche gus an cruinne-cè a sgrùdadh ann an dòigh gu tur ùr na na dòighean-obrach a bh’ againn roimhe. Tha a’ chiad fhear air a stiùireadh nas fheàrr anns a’ mhodal àbhaisteach. Leigidh an dàrna fear dhut lorgan de rudeigin a bharrachd a lorg, ach, gu mì-fhortanach, chan eil an rud seo air a mhìneachadh gu mionaideach. Mar sin, tha na h-eas-bhuannachdan aca aig an dà dhòigh.

Coimhead airson Teòiridh a h-uile càil (TUT) ris an canar, bu chòir greal naomh fiosaig, a chuir san dàrna roinn, leis gu tric bidh e an urra ri bhith a’ lorg lùths nas àirde agus nas àirde (3), aig a bheil feachdan mu dheireadh bidh nàdar a 'tighinn còmhla ann an aon eadar-obrachadh.

3. Lùth a tha a dhìth airson aonachadh beachd-bharail air eadar-obrachadh

neutrino Nisforn

O chionn ghoirid, tha saidheans air a bhith a’ cuimseachadh barrachd is barrachd air raointean nas inntinniche, leithid rannsachadh neutrino, air an do dh’ fhoillsich sinn aithisg fharsaing ann an MT o chionn ghoirid. Anns a’ Ghearran 2020, dh’fhoillsich an Astrophysical Journal foillseachadh mu bhith a’ lorg neutrinos àrd-lùth de thùs neo-aithnichte ann an Antarctica. A bharrachd air an deuchainn ainmeil, chaidh rannsachadh a dhèanamh cuideachd air a’ mhòr-thìr reòthte fon ainm còd ANITA (), a’ toirt a-steach leigeil ma sgaoil bailiùn le sensor tonnan rèidio.

Chaidh an dà chuid agus ANITA a dhealbhadh gus tonnan rèidio a lorg bho neutrinos àrd-lùth a ’bualadh leis a’ chùis chruaidh a tha a ’dèanamh suas deigh. Mhìnich Avi Loeb, cathraiche Roinn Reul-eòlais Harvard, air làrach-lìn Salon: “Tha na tachartasan a lorg ANITA gu cinnteach a’ coimhead mar neo-riaghailteachd leis nach urrainn dhaibh a bhith air am mìneachadh mar neutrinos bho stòran speuradaireachd. (...) Dh’ fhaodadh gur e seòrsa de ghràin a th’ ann a bhios ag eadar-obrachadh nas laige na neutrino le stuth àbhaisteach. Tha sinn an amharas gu bheil gràineanan mar sin ann mar stuth dorcha. Ach dè a tha a’ fàgail tachartasan ANITA cho sunndach? ”

Is e neutrinos na h-aon ghràineanan aithnichte a tha air briseadh a-steach don mhodail àbhaisteach. A rèir a’ Mhodail Choitcheann de ghràineanan bunasach, feumaidh trì seòrsaichean neutrinos (dealanach, muon agus tau) agus trì seòrsaichean antineutrinos a bhith againn, agus às deidh an cruthachadh feumaidh iad a bhith seasmhach agus gun atharrachadh nan cuid feartan. Bho na 60n, nuair a nochd a 'chiad àireamhachadh agus tomhas de neutrinos a rinn a' Ghrian, thuig sinn gu robh duilgheadas ann. Bha fios againn cia mheud electron neutrinos a chaidh a chruthachadh cridhe grèine. Ach nuair a thomhais sinn cia mheud a ràinig, chan fhaca sinn ach an treas cuid den àireamh a bha dùil.

An dara cuid tha rudeigin ceàrr air na lorgairean againn, no tha rudeigin ceàrr air a’ mhodail againn den Ghrian, no tha rudeigin ceàrr air na neutrinos fhèin. Gu sgiobalta chuir deuchainnean reactair às don bheachd gu robh rudeigin ceàrr air na lorgairean againn (4). Dh'obraich iad mar a bhiodh dùil agus chaidh an coileanadh aca a mheas gu math. Bha na neutrinos a lorg sinn clàraichte ann an co-rèir ris an àireamh de neutrinos a bha a’ tighinn. Airson deicheadan, tha mòran speuradairean air a bhith ag argamaid gu bheil am modal grèine againn ceàrr.

4. Ìomhaighean de thachartasan neutrino ann an rèididheachd Cherenkov bhon lorgaire Super Kamiokande

Gu dearbh, bha comas annasach eile ann, nam biodh e fìor, gun atharraicheadh ​​​​ar tuigse air a’ chruinne-cè bho na bha am Modail Coitcheann a ’ro-innse. Is e am beachd gu bheil tomad aig na trì seòrsaichean neutrinos as aithne dhuinn, nach eil lean, agus gun urrainn dhaibh measgachadh (caochlaideach) gus blasan atharrachadh ma tha lùth gu leòr aca. Ma thèid an neutrino a phiobrachadh gu dealanach, faodaidh e atharrachadh air an t-slighe gu muon i taonovach chan eil seo comasach ach nuair a tha tomad ann. Tha dragh air luchd-saidheans mu dhuilgheadas neutrinos air an làimh dheis agus chlì. Oir mura h-urrainn dhut a dhealachadh, chan urrainn dhut eadar-dhealachadh an e gràin no antiparticle a th’ ann.

Am faod neutrino a bhith na antiparticle fhèin? Chan ann a rèir a’ mhodail àbhaisteach àbhaisteach. fermainsan fharsaingeachd cha bu chòir dhaibh a bhith nan antiparticles fhèin. Is e pìos sam bith a th’ ann am fermion le cuairteachadh de ± ½. Tha an roinn seo a’ toirt a-steach a h-uile cuarc agus lepton, a’ toirt a-steach neutrinos. Ach, tha seòrsa sònraichte de fermions ann, a tha gu ruige seo ann an teòiridh a-mhàin - am Majorana fermion, a tha na antiparticle fhèin. Nam biodh e ann, dh’ fhaodadh rudeigin sònraichte a bhith a’ tachairt... Neutrino saor an asgaidh crìonadh dùbailte beta. Agus seo cothrom do luchd-deuchainn a tha air a bhith a’ coimhead airson beàrn mar sin o chionn fhada.

Anns a h-uile pròiseas a chaidh fhaicinn a’ toirt a-steach neutrinos, tha na gràinean sin a’ nochdadh seilbh ris an can fiosaigs mar làmh chlì. Chan eil neutrinos air an làimh dheis, a tha mar an leudachadh as nàdarraiche air a’ Mhodal Coitcheann, ri fhaicinn ann an àite sam bith. Tha dreach air an làimh dheis aig a h-uile mìrean MS eile, ach chan eil neutrinos. Carson? Tha an sgrùdadh as ùire, fìor fharsaing le sgioba fiosaig eadar-nàiseanta, a’ gabhail a-steach Institiud Fiosaig Niùclasach Acadamaidh Saidheansan na Pòlainn (IFJ PAN) ann an Krakow, air rannsachadh a dhèanamh air a’ chùis seo. Tha luchd-saidheans den bheachd gum faodadh dìth amharc air neutrinos air an làimh dheis dearbhadh gur e fermions Majorana a th’ annta. Nam biodh iad, tha an dreach air an taobh dheas uabhasach mòr, a tha a 'mìneachadh cho duilich' sa tha e lorg.

Ach chan eil fios againn fhathast a bheil neutrinos nan antiparticles fhèin. Chan eil fios againn am faigh iad an tomad bho cheangal glè lag boson Higgs, no am faigh iad e tro uidheamachd eile. Agus chan eil fios againn, is dòcha gu bheil an roinn neutrino tòrr nas iom-fhillte na tha sinn a’ smaoineachadh, le neutrinos sterile no trom a’ falach anns an dorchadas.

Atoms agus neo-riaghailteachdan eile

Ann am fiosaig mìrean bunasach, a bharrachd air na neutrinos fhasanta, tha raointean rannsachaidh eile, nach eil cho aithnichte, às am faod “fiosaig ùr” a dhol troimhe. Tha luchd-saidheans, mar eisimpleir, air seòrsa ùr de ghràinean subatomic a mholadh o chionn ghoirid gus an enigmatic a mhìneachadh crìonadh (5), cùis shònraichte de phìos meson air a dhèanamh suas de aon chuarc i aon seann fhear-reic. Nuair a bhios mìrean kaon a’ lobhadh, bidh bloigh bheag dhiubh a’ dol tro atharrachaidhean a chuir iongnadh air luchd-saidheans. Is dòcha gu bheil stoidhle a’ chrìonaidh seo a’ nochdadh seòrsa ùr de ghràinean no feachd corporra ùr san obair. Tha seo taobh a-muigh raon a’ Mhodail Choitcheann.

Tha barrachd dheuchainnean ann gus beàrnan a lorg anns a’ Mhodail Choitcheann. Tha iad sin a’ toirt a-steach lorg an g-2 muon. Cha mhòr ceud bliadhna air ais, rinn an neach-fiosaig Paul Dirac ro-innse air àm magnetach dealanach a’ cleachdadh g, àireamh a bhios a’ dearbhadh feartan snìomh mìrean. An uairsin sheall na tomhais gu bheil “g” beagan eadar-dhealaichte bho 2, agus thòisich fiosaigs air an eadar-dhealachadh eadar an fhìor luach “g” agus 2 a chleachdadh gus sgrùdadh a dhèanamh air structar a-staigh gràinean subatomic agus laghan fiosaig san fharsaingeachd. Ann an 1959, rinn CERN ann an Geneva, an Eilbheis, a’ chiad deuchainn a thomhais luach g-2 de ghràinean subatomic ris an canar muon, ceangailte ri dealanan ach neo-sheasmhach agus 207 uair nas truime na mìrean bunasach.

Thòisich deuchainn-lann nàiseanta Brookhaven ann an New York an deuchainn fhèin agus dh’ fhoillsich iad toraidhean an deuchainn g-2 aca ann an 2004. Cha b’ e an tomhas na bha am Modail Coitcheann a’ ro-innse. Ach, cha do chruinnich an deuchainn dàta gu leòr airson mion-sgrùdadh staitistigeil gus dearbhadh le cinnt gu robh an luach tomhaiste gu dearbh eadar-dhealaichte agus chan e dìreach atharrachadh staitistigeil. Tha ionadan rannsachaidh eile a-nis a’ dèanamh dheuchainnean ùra le g-2, agus is dòcha gum bi fios againn air na toraidhean a dh’ aithghearr.

Tha rudeigin nas inntinniche na seo Kaon anomalies i muon. Ann an 2015, sheall deuchainn air crìonadh beryllium 8Be neo-riaghailteachd. Bidh luchd-saidheans san Ungair a’ cleachdadh an lorgaire aca. Co-dhiù, ge-tà, lorg iad, no smaoinich iad gun do lorg iad, a tha a 'nochdadh gu robh còigeamh feachd bunaiteach de nàdar ann.

Ghabh fiosaigs aig Oilthigh California ùidh anns an sgrùdadh. Mhol iad an t-iongantas a ghairm neo-riaghailteachd atom, air adhbhrachadh le gràin gu tur ùr, a bha còir a bhith a’ giùlan an còigeamh feachd nàdur. Canar X17 ris oir thathas den bheachd gu bheil an tomad co-fhreagarrach aige faisg air 17 millean volt dealan. Tha seo 30 tursan nas motha na tha aig dealan, ach nas lugha na meud proton. Agus tha an dòigh anns a bheil X17 gad ghiùlan fhèin le proton mar aon de na feartan as annasaiche aige - is e sin, chan eil e ag eadar-obrachadh le proton idir. An àite sin, bidh e ag eadar-obrachadh le dealanan no neutron le cosgais àicheil, aig nach eil cosgais idir. Tha seo ga dhèanamh duilich am pàirt X17 a chuir a-steach don mhodal àbhaisteach gnàthach againn. Tha Bosons co-cheangailte ri feachdan. Tha gluons co-cheangailte ris an fheachd làidir, bosons leis an fheachd lag, agus photons le electromagnetism. Tha eadhon boson beachd-bharail airson grabhataidh ris an canar graviton. Mar bhoson, giùlainidh X17 a fheachd fhèin, leithid an fheachd a tha gu ruige seo air a bhith na dhìomhaireachd dhuinn agus a dh’ fhaodadh a bhith.

An cruinne-cè agus an stiùireadh as fheàrr leis?

Ann am pàipear a chaidh fhoillseachadh sa Ghiblean seo anns an iris Science Advances, dh’ innis luchd-saidheans aig Oilthigh New South Wales ann an Sydney gu bheil tomhasan solais ùra a chaidh a sgaoileadh le quasar 13 billean bliadhna aotrom air falbh a’ dearbhadh sgrùdaidhean roimhe a lorg atharrachaidhean beaga anns an structar seasmhach math. den chruinne-cè. An t-Ollamh Iain Webb bho UNSW (6) a’ mìneachadh gu bheil an structar grinn seasmhach “na mheud a bhios fiosaig a’ cleachdadh mar thomhas den fheachd electromagnetic. ” feachd electromagnetic a’ cumail dealanan timcheall nan niuclas anns gach atom anns a’ chruinne-cè. Às aonais, bhiodh a h-uile cùis a 'tuiteam às a chèile. Gu ruige o chionn ghoirid, bha e air a mheas mar fheachd seasmhach ann an ùine agus àite. Ach anns an rannsachadh aige thairis air an dà dheichead a dh’ fhalbh, tha an t-Àrd-ollamh Webb air mothachadh a dhèanamh air neo-riaghailteachd anns an structar cruaidh làidir anns a bheil an fheachd electromagnetic, air a thomhas ann an aon stiùireadh taghte sa chruinne-cè, an-còmhnaidh beagan eadar-dhealaichte.

" " mhìnich Webb. Cha robh na neo-chunbhalachd a’ nochdadh ann an tomhasan sgioba Astràilia, ach ann a bhith a’ dèanamh coimeas eadar na toraidhean aca le mòran de thomhasan eile de sholas quasar le luchd-saidheans eile.

” arsa an t-Ollamh Webb. "". Na bheachd-san, tha coltas gu bheil na toraidhean a 'moladh gur dòcha gu bheil an stiùireadh as fheàrr leotha anns a' chruinne-cè. Ann am faclan eile, bhiodh structar dipole aig a’ Cruinne-cè ann an dòigh air choreigin.

" "Tha an neach-saidheans ag ràdh mu na neo-riaghailteachdan comharraichte.

Is e seo aon rud eile: an àite na bhathas a’ smaoineachadh a bha na sgaoileadh air thuaiream de galaxies, quasars, sgòthan gas agus planaidean le beatha, gu h-obann tha an cruinne-cè gu h-obann a’ tighinn gu ceann a tuath agus a deas. Tha an t-Àrd-ollamh Webb a dh’ aindeoin sin deiseil airson aideachadh gur e fìor cho-thuiteamas a th’ ann an toraidhean tomhais le luchd-saidheans aig diofar ìrean a’ cleachdadh diofar theicneòlasan agus bho dhiofar àiteachan air an Talamh.

Tha Webb ag ràdh ma tha stiùireadh anns a 'chruinne-cè, agus ma tha electromagnetism a' tionndadh a-mach gu bhith beagan eadar-dhealaichte ann an cuid de roinnean den chosmos, feumar ath-sgrùdadh a dhèanamh air na bun-bheachdan as bunaitiche air cùl mòran de fhiosaig an latha an-diugh. "", a 'bruidhinn. Tha am modail stèidhichte air teòiridh grabhataidh Einstein, a tha gu soilleir a’ gabhail ris seasmhachd laghan nàdur. Agus mura h-eil, an uairsin ... tha an spiorad iongantach bhon bheachd a bhith a 'tionndadh an togalach gu lèir de fhiosaig bun os cionn.