如何走出物理學的僵局？
下一代粒子對撞機將耗資數十億美元。 歐洲和中國計劃建造此類設備，但科學家質疑這是否有意義。 也許我們應該尋找一種新的實驗和研究方法來實現物理學的突破？
標準模型已經被反复證實，包括在大型強子對撞機（LHC）上，但它並沒有滿足物理學的所有期望。 它無法解釋暗物質和暗能量的存在等奧秘，也無法解釋為什麼引力與其他基本力如此不同。
在傳統上處理此類問題的科學中，有一種方法可以證實或反駁這些假設。 收集額外數據 - 在這種情況下，來自更好的望遠鏡和顯微鏡，也許來自全新的、甚至更大的 超級保險槓 這將創造一個被發現的機會 超對稱粒子。
2012年，中國科學院高能物理研究所宣布計劃建造巨型超級計數器。 計劃 正電子對撞機 (CEPC) 它的周長約為 100 公里，幾乎是大型強子對撞機周長的四倍（1）。 作為回應，2013年，大型強子對撞機的運營者，即歐洲核子研究組織（CERN）宣布了其計劃開發一種名為“LHC”的新型碰撞裝置。 未來圓形對撞機 (FCC).
1. 計劃中的 CEPC、FCC 和 LHC 加速器的尺寸比較。
然而，科學家和工程師想知道這些項目是否值得巨額投資。 諾貝爾粒子物理學獎獲得者楊振寧三年前在博客上批評了利用新超對稱性尋找超對稱性痕跡，稱其為“猜謎遊戲”。 這是一個非常昂貴的猜測。 他的言論得到了中國許多科學家的響應，而在歐洲，科學界的傑出人物也以同樣的精神談論了 FCC 項目。
這是法蘭克福高等研究院的物理學家 Sabine Hossenfelder 向 Gizmodo 報告的。 -
對創建更強大對撞機項目的批評者指出，情況與建造時有所不同。 當時就知道我們甚至在尋找 希格斯玻色子。 現在目標不太明確。 為了適應希格斯玻色子的發現而升級的大型強子對撞機進行的實驗結果卻保持沉默——自 2012 年以來一直沒有突破性的發現——這多少有些不祥之兆。
此外，還有一個眾所周知但可能並不普遍的事實： 我們對大型強子對撞機實驗結果的了解僅來自對當時獲得的約 0,003% 數據的分析。 我們實在無法承受更多。 不能排除困擾我們的物理學偉大問題的答案已經存在於我們尚未考慮的 99,997% 中。 因此，也許您不需要建造另一台大型且昂貴的機器，而是找到一種方法來分析更多信息？
這是值得考慮的，特別是因為物理學家希望從機器中榨取更多的東西。 最近開始的兩年停機（所謂的）將使對撞機在 2021 年之前保持不活動狀態，以便進行維護（2）。 然後它將開始以類似或稍高的能量運行，然後在 2023 年進行重大升級，計劃於 2026 年完成。
此次升級將耗資XNUMX億美元（與FCC的計劃成本相比便宜），其目標是創建一個所謂的. 高亮度-LHC。 到 2030 年，汽車每秒產生的碰撞次數可能會增加十倍。
2.大型強子對撞機的修復工作
那是一個中微子
大型強子對撞機沒有檢測到的粒子之一是 WIMP 擴展 （-弱相互作用的大粒子）。 這些是假設的重粒子（從 10 GeV/s² 到幾個 TeV/s²，而質子質量略小於 1 GeV/s²）與可見物質相互作用，其力與弱相互作用相當。 他們將解釋一種被稱為暗物質的神秘物質，它在宇宙中的常見程度是普通物質的五倍。
在大型強子對撞機上，這 0,003% 的實驗數據中沒有發現 WIMP。 然而，有更便宜的方法 - 例如。 XENON-NT實驗 (3），意大利地下深處的一大桶液態氙，正在被輸入研究網絡。 在南達科他州的另一個巨大氙氣桶 LZ 中，搜索最早將於 2020 年開始。
另一項實驗由超靈敏超冷半導體探測器組成，稱為 SuperKDMS SNOLAB， 將於 2020 年初開始向安大略省上傳數據。 所以最終在二十世紀二十年代“射中”這些神秘粒子的機會越來越大。
弱者並不是科學家們尋找的唯一暗物質候選者。 相反，實驗可以產生稱為軸子的替代粒子，它不能像中微子一樣直接觀察到。
下一個十年很可能屬於中微子相關的發現。 它們是宇宙中最豐富的粒子之一。 同時，中微子也是最難研究的之一，因為中微子與普通物質的相互作用非常微弱。
科學家們早就知道，這種粒子是由三種獨立的所謂味道和三種獨立的質量態組成的——但它們並不完全匹配味道，而且由於量子力學，每種味道都是三種質量狀態的組合。 研究人員希望找出這些物質的確切含義，以及它們組合起來創造每種香味時出現的順序。 實驗如 凱瑟琳 在德國，他們必須收集必要的數據來確定未來幾年的這些值。
3. XENON-nT探測器模型
中微子具有奇怪的特性。 例如，在太空旅行時，他們似乎會在口味之間搖擺不定。 專家來自 江門地下中微子觀測站 中國預計將於明年開始收集附近核電站排放的中微子數據。
有一個這種類型的項目 超級神岡， 日本的觀察已經持續了很長時間。 美國已開始建造自己的中微子試驗場。 LBNF 在伊利諾伊州進行的中微子深度實驗 沙丘 在南達科他州。
這個由多國資助 1,5 億美元的 LBNF/DUNE 項目預計將於 2024 年啟動，並於 2027 年全面投入運營。 其他旨在解開中微子秘密的實驗包括 大街， 在田納西州橡樹嶺國家實驗室，以及 短基線中微子計劃， 在伊利諾伊州費米實驗室。
反過來，在項目中 傳奇200， 計劃於 2021 年開放，將對一種稱為無中微子雙貝塔衰變的現象進行研究。 假設來自原子核的兩個中子同時衰變成質子，每個質子發射一個電子並 , 與另一個中微子接觸並湮滅。
如果這樣的反應存在，它將提供證據表明中微子是它們自己的反物質，間接證實了關於早期宇宙的另一種理論——解釋為什麼物質比反物質更多。
物理學家還想最終研究穿透太空並導致宇宙膨脹的神秘暗能量。 暗能量光譜 該工具（DESI）去年才開始工作，預計將於 2020 年推出。 大型天氣觀測望遠鏡 在智利，由國家科學基金會/能源部試點，一項使用該設備的全面研究計劃將於 2022 年開始。
С другой стороны (4），注定會成為即將過去的十年的事件，最終將成為二十週年的英雄。 除了計劃中的搜索之外，它將通過觀察星系及其現象來促進暗能量的研究。
4. 詹姆斯·韋伯望遠鏡的可視化
我們要問什麼
按照常識，如果十年後我們問同樣的未解答的問題，物理學的下一個十年將不會成功。 當我們得到我們想要的答案時，而且當出現全新的問題時，情況會好得多，因為我們不能指望物理學會說“我沒有更多問題了”。
