Zukünftige Atomwissenschaftler können heutige größte Atom Smasher Zwerg.

LONDON – So haben Physiker das Higgs-Boson gefunden. Was kommt als nächstes?

Es dauerte drei Jahre für die leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt, der Large Hadron Collider (LHC), zu erkennen, das schwer fassbare Higgs-Boson Teilchen, das gedacht wird, zu erklären, wie andere Teilchen ihre Masse.

Es dauerte das internationale Science Lab CERN viel länger, wenn auch, um die Maschine unter den Bergen Spagat zwischen Frankreich und der Schweiz zu bauen – fast zwei Jahrzehnte, und zu einem Preis von Milliarden von Dollar. Dort werden Protonen durch den Ring 17-Meile-langen (27 km), gestrahlt, wo sie Absturz in einander, und die daraus resultierende Energie wird umgewandelt zu neuen und manchmal exotischen Teilchen.

Allerdings, wenn Wissenschaftler suchen nach neuen Physik Entdeckungen über das Higgs-Boson, in Form von neuen exotischen Teilchen und Wechselwirkungen, auch, dass der Large Hadron Collider möglicherweise nicht ausreicht, sagte Terry Wyatt, ein Physiker an der University of Manchester, am ATLAS-Detektor am LHC, arbeitet, durchgeführt eines sieben-Teilchendetektor Experimente am CERN.

Anlässlich einer Konferenzgesprächs über das Higgs-Boson hier bei der Royal Society im Januar, skizziert Wyatt, welche enorme wissenschaftliche Experimente nötig wäre, um die Wissenschaft hinausgehen, die der LHC liefern kann.

Der LHC müssen am ersten, und vielleicht für das nächste Jahrzehnt, bei viel höheren Energien zu finden, neue Physik durchführen. In der Tat, nachdem es im Jahr 2015 nach einem technischen Upgrade neu gestartet wird, werden die Collider geeignet für den Betrieb bei einer maximalen Aufprallenergie von 14 Tera-Electronvolts (TeV). [Über Higgs: 5 schwer fassbaren Teilchen, die im Universum lauern können]

Zukunft-upgrades, wahrscheinlich manchmal ca. 2022, beinhaltet den Ersatz der Collider aktuelle Beschleuniger-Ringmagneten mit viel stärkeren Wyatt sagte. Auf diese Weise der LHC wird eine leistungsfähigere Beschleuniger aus eigenem Recht geworden, und es kann sogar einen glänzenden neuen Namen: die hohe Leuchtkraft LHC.

Dass das Upgrade nicht erhöht erheblich die Maschine Aufprallenergie, obwohl es seine Leuchtkraft um das ca. 10-fache steigern – das heißt, die Anzahl der Proton-Proton-Kollisionen kann es zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erreichen um das Zehnfache wächst, erhöht das Datenvolumen um den gleichen Faktor produziert.

Das ist immer noch nicht genug, um vor Ort neue Teilchen und alle Erweiterungen des Standardmodells zu bestätigen, ob die amtierende Modell erklären das Verhalten von subatomaren Teilchen, größere und mächtige Ersatz kann schließlich unvermeidlich sein, sagte Wyatt, der ehemalige Führer der DZero Experiment, das die grundlegende Natur der Materie auf dem Fermi National Accelerator Laboratory des (Fermilab) untersuchte Tevatron Collider in Illinois.

Runde oder lineare

Eine Idee ist, wechseln Sie zu weit höheren Kollision Energien als der LHC produzieren kann – zum Beispiel mit einem 50 (80 km) langen Beschleuniger-Ring, die dreimal so groß wie der LHC wäre. Genau wie sein Vorgänger es würde am CERN untergebracht werden, und Protonen kollidieren. Die ersten geologischen Machbarkeitsstudien werden bereits durchgeführt.

Die größeren Ring mehr starken Magneten würde Ausbeute viel höheren Energien der Kollision von etwa 80 bis 100 TeV und möglicherweise zu viele weitere massive neue Partikel führen. Allerdings sagte Wyatt, hochenergetischen Bereich Magnete für diese möglichen Nachfolger LHC wäre eine große technische Herausforderung dar, weil Magnete der Art zum Erstellen der LHC sind nicht in der Lage, die erforderlichen Feldstärken zu erreichen. [Fotos: die weltweit größte Atom Smasher (LHC)]

"Der Tunnel, eine solche Maschine Haus möglicherweise etwa 2040 abgeschlossen werden könnte,", fügte er hinzu. "Darüber hinaus könnte solch ein Tunnel auch Haus eine Schnellinfo zu kollidieren, Elektronen und Positronen in einem viel geringeren Energieverbrauch, aber dennoch ausreichend, um zu produzieren und Higgs-Bosonen zu studieren."

Ein weiterer Vorschlag für eine nächste hochenergetische Teilchenbeschleuniger soll eine lineare Maschine provisorisch mit dem Titel International Linear Collider (ILC) zu bauen. Es ist noch nicht klar wo es untergebracht werden würden, aber einige Forscher in Japan haben vorgeschlagen, dort zu bauen.

Anstelle von Teilchen in einem Kreis bewegen, wäre die Maschine einen geraden Beschleuniger einige 19 Meilen (31 km) lang. Es wäre nicht mehr kollidierenden Protonen aber stattdessen Feuerzeug-Masse Teilchen-Elektronen und ihren Partnern Antimaterie genannt Positronen – von beiden Enden des Tunnels gesendet.

Es ist schwierig, solche Lichtteilchen in einer Ring-Collider zu beschleunigen, weil jedes Mal, wenn sie eine Schleife machen Strahlen sie Energie, was bedeutet, dass das Elektron die Runde schnell den größten Teil ihrer Energie verlieren würde.

Um Elektronen auf sehr hohe Energien zu zerschlagen, ist ein Linearbeschleuniger sinnvoller. Es wäre ein gerades Rohr mit einem Teilchenbeschleuniger an beiden Enden durch die Elektronen und Positronen gesendet werden würde, zu zerschlagen und vernichten einander. (Wenn Materie und Antimaterie kollidieren, sie vernichten einander.)

Die Maschine würde die Partikel auf viel höhere Energien von bis zu 1000 Giga-Electronvolts beschleunigen. Wenn genehmigt, könnte es Balken irgendwann in den 2030s liefern Wyatt sagte.

Allerdings würde ein Linearbeschleuniger weniger Kollisionen als eine kreisförmige produzieren. "Deshalb, weil die Strahlen der Teilchen einander nur einmal durchlaufen und dann verloren gehen, während in einem kreisförmigen Collider, sie von einem anderen tausend Mal pro Sekunde passieren," sagte Wyatt.

Noch höhere Energie linear Elektron-Positron Colliders möglicherweise erreichbar, wenn eine neuartige Beschleunigung Technik am CERN entwickelt nachgewiesen werden kann, zu arbeiten. Diese Technik verwendet einen sehr intensiven, aber niedrig-Energie-Strahl zur Stromerzeugung, einen geringer Intensität aber sehr hohe Energie zweiten Strahl zu beschleunigen.

Myonen, nicht Protonen

Schließlich untersuchen Wissenschaftler eine Möglichkeit, ein Ring, der Myonen zerschlagen würden – die schwere Vettern der Elektronen – zusammen. Es könnte potenziell untergebracht werden am Fermilab, Wyatt sagte, aber es würde nicht wahrscheinlich bald gebaut werden – vielleicht irgendwann zwischen 2040 und 2050. [Bilder: innerhalb der weltweit führenden Physik Labs]

Myonen haben Massen zwischen Protonen und Elektronen – sie sind viel schwerer als Elektronen, so dass sie all ihre Energie Strahlen nicht entfernt, da sie um eine kreisförmige Collider ZIP, aber sie nicht ganz so schwer wie Protonen sind. Protonen sind andere Teilchen aus, und wenn sie kollidieren, einen Teil ihrer Energie wäscht, wie das Proton in mehr elementaren Teilchen zerfällt.

Die Collider würde nur beschleunigen Myonen bei etwa 3 bis 6 TeV, laut Wyatt.However, Myonen sind Elementarteilchen; Sie kollidieren würde ziemlich viel bedeuten, dass all ihre Energie in Richtung zur Schaffung neuer Teilchen gehen würde. Dies würde die Daten von einem Myon-Collider-Rivalen mit denen der eine viel höhere Energie Proton Beschleuniger machen – zumindest für einige Physikstudium und sucht nach neuen Teilchen. Myonen sind aber auch sehr instabil; Sie zerfallen fast sofort wenn im Labor hergestellt.

Solche technischen Schwierigkeiten müssen überwunden werden, bevor es Sinn macht, ein Myon-Collider zu bauen.

Jetzt starten

Es gibt einen Grund für die Spekulationen über leistungsfähigere Atomwissenschaftler. Wenn Wissenschaftler eine Maschine der nächsten Generation von dem Moment an zu verwenden wollen, der LHC nicht mehr in der Lage ist, ihre Bedürfnisse zu erfüllen, müssen die Forschung und Entwicklung geschehen wie.

Jede Entscheidung mit dem Bau einer solchen Maschine beginnen müssten bis zum Ende dieses Jahrzehnts hergestellt werden wie es dauern ein oder zwei Jahrzehnten, die Struktur zu bauen, sagte Wyatt.

Die Wissenschaftler wissen nicht, ob ihre Forschung in die nächste Generation der Partikel Atomwissenschaftler jemals verwendet wird.

"Jetzt haben wir den LHC wegen den Weitblick und Bemühungen der Führer des Feldes in den 1980er Jahren, und es ist unsere Verantwortung für eine gesunde Zukunft für elementary Particle Physics in kommenden Jahrzehnten Planung beginnen", sagte Wyatt.

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