Mipoitra avy amin'ny toerana maro ny fizika vaovao

Ny fiovana rehetra mety ho tiantsika hatao amin'ny Model Standard momba ny fizika (1) na ny relativité ankapobe, ny teoria roa tsara indrindra (na dia tsy mifanaraka) amin'izao tontolo izao aza, dia efa voafetra be. Raha lazaina amin'ny teny hafa dia tsy afaka miova be ianao raha tsy manimba ny manontolo.

Ny zava-misy dia misy ihany koa ny vokatra sy ny fisehoan-javatra izay tsy azo hazavaina amin'ny alàlan'ny modely fantatra amintsika. Ka tokony hivoaka amin'ny fomba rehetra ve isika mba hahatonga ny zava-drehetra tsy hazavaina na tsy mifanaraka amin'ny vidiny mifanaraka amin'ny teoria efa misy, sa tokony hitady vaovao? Io no iray amin'ireo fanontaniana fototra amin'ny fizika maoderina.

Ny maodely manara-penitra momba ny fizika fizika dia nanazava soa aman-tsara ny fifandraisana rehetra fantatra sy hita eo amin'ireo singa izay efa voamarika. Izao rehetra izao dia voaforona quark, leptonov ary mandrefy boson, izay mamindra ny telo amin'ireo hery fototra efatra eo amin'ny zavaboary ary manome ny faobeny sisa. Misy ihany koa ny relativity ankapobeny, ny antsika, indrisy, fa tsy teoria quantum momba ny sinton'ny tany, izay mamaritra ny fifandraisana misy eo amin'ny habaka sy ny zavatra ary ny angovo eo amin'izao rehetra izao.

Ny fahasarotana amin'ny fandehanana any an-dafin'ireo teoria roa ireo dia ny hoe raha manandrana manova azy ireo ianao amin'ny fampidirana singa, foto-kevitra ary fatra vaovao dia hahazo vokatra mifanohitra amin'ny fandrefesana sy ny fandinihana izay efa ananantsika. Tsara ihany koa ny mitadidy fa raha te hihoatra ny rafitra ara-tsiansa misy antsika ankehitriny ianao, dia lehibe ny vesatry ny porofo. Amin'ny lafiny iray, sarotra ny tsy manantena be loatra amin'ny olona iray izay manimba ny modely efa notsapaina nandritra ny am-polony taona maro.

Manoloana ny fitakiana toy izany dia tsy mahagaga raha zara raha misy manandrana manohitra tanteraka ny paradigma misy eo amin'ny fizika. Ary raha izany no izy, dia tsy raisina ho zava-dehibe izany, satria vetivety dia tafintohina amin'ny fisavana tsotra. Noho izany, raha mahita lavaka mety ho hita isika, dia reflectors fotsiny ireo, izay milaza fa misy zavatra mamirapiratra any ho any, fa tsy mazava na mendrika ny handeha any mihitsy.

Tsy mahazaka izao rehetra izao ny fizika fantatra

Ohatra amin'ny famirapiratan'ity "vaovao sy hafa tanteraka" ity? Eny ary, ohatra, ny fandinihana ny tahan'ny recoil, izay toa tsy mifanaraka amin'ny filazana fa izao rehetra izao dia feno poti amin'ny Standard Modely ary mankatò ny teoria ankapobeny ny relativity. Fantatsika fa ny loharanon'ny sinton'ny tsirairay, ny vahindanitra, ny fitambaran'ny vahindanitra, ary na ny tranonkala cosmic lehibe aza dia tsy ampy hanazavana an'io tranga io angamba. Fantatsika fa, na dia milaza aza ny Model Standard fa tokony hoforonina sy hopotehina amin'ny habetsahana mitovy ny matérie sy ny antimatère, dia miaina ao anatin'izao tontolo izao isika izay ahitana zavatra betsaka misy antimatère kely. Raha lazaina amin'ny teny hafa dia hitantsika fa ny "fizika fantatra" dia tsy afaka manazava ny zava-drehetra hitantsika eo amin'izao rehetra izao.

Fanandramana maro no niteraka vokatra tsy nampoizina, izay mety ho revolisionera, raha andrana amin'ny ambaratonga ambony kokoa. Na dia ilay antsoina hoe Anomaly Atomika izay manondro ny fisian'ny singa dia mety ho fahadisoana andrana, fa mety ho famantarana ny fandehanana any ivelan'ny Modely mahazatra. Ny fomba isan-karazany amin'ny fandrefesana izao rehetra izao dia manome soatoavina samihafa amin'ny tahan'ny fanitarana azy - olana izay nodinihintsika tamin'ny an-tsipiriany tao amin'ny iray amin'ireo laharana farany an'ny MT.

Na izany aza, tsy misy amin'ireo anomalia ireo manome valiny maharesy lahatra mba hoheverina ho famantarana tsy azo iadian-kevitra momba ny fizika vaovao. Ny iray na izy rehetra ireo dia mety ho fiovaovan'ny statistika fotsiny na fitaovana tsy voalamina tsara. Maro amin'izy ireo no mety manondro fizika vaovao, saingy azo hazavaina mora foana izy ireo amin'ny fampiasana singa sy trangan-javatra fantatra amin'ny tontolon'ny relativité ankapobe sy ny Modely Standard.

Mikasa ny hanandrana izahay, manantena valiny sy tolo-kevitra mazava kokoa. Mety ho hitantsika tsy ho ela raha manana sanda tsy miova ny angovo maizina. Mifototra amin'ny fanadihadiana momba ny vahindanitra nomanin'ny Vera Rubin Observatory sy ny angona momba ny supernova lavitra izay ho azo amin'ny ho avy. teleskaopy nancy grace, WFIRST teo aloha, mila fantarina raha mivoatra ao anatin'ny 1% ny angovo maizina rehefa mandeha ny fotoana. Raha izany no izy, dia tsy maintsy ovaina ny modely kosmôlôjika "manara-penitra". Azo inoana fa ny antenne interferometer laser (LISA) amin'ny lafiny drafitra dia hanome antsika tsy ampoizina ihany koa. Raha fintinina dia miantehitra amin'ireo fiara fitateram-baovao sy andrana izay kasainay.

Mbola miasa eo amin'ny sehatry ny fizika potikely ihany koa izahay, manantena ny hahita tranga ivelan'ny Modely, toy ny fandrefesana marina kokoa ny fotoana andriamby an'ny elektrôna sy muon - raha tsy manaiky izy ireo dia miseho ny fizika vaovao. Miezaka mamantatra ny fiovaovan'izy ireo izahay neutrino - eto koa, miposaka ny fizika vaovao. Ary raha manorina collider electron-positron marina, boribory na linear (2) isika, dia afaka mahita zavatra mihoatra ny Model Standard izay tsy mbola hitan'ny LHC. Eo amin'ny tontolon'ny fizika, efa ela no naroso ny dikan-teny lehibe kokoa an'ny LHC miaraka amin'ny circumference hatramin'ny 100 km. Izany dia hanome hery fifandonana ambony kokoa, izay, araka ny filazan'ny mpahay fizika maro, dia hanambara zava-baovao amin'ny farany. Na izany aza, izany dia tena lafo vidy fampiasam-bola, ary ny fananganana ny goavam-be ihany amin'ny foto-kevitra - "Andao hanorina azy ary hojerentsika izay hasehony antsika" dia miteraka fisalasalana be dia be.

2. Linear lepton collider - sary

Misy karazany roa ny fomba fiasa amin'ny olana amin'ny siansa fizika. Ny voalohany dia fomba fiasa sarotra, izay misy amin'ny endrika tery amin'ny andrana na Observatoire ho famahana olana manokana. Ny fomba faharoa dia antsoina hoe fomba mahery vaika.izay manangana andrana na Observatoire manerana izao rehetra izao, manosika sisintany mba hijerena izao rehetra izao amin'ny fomba vaovao tanteraka noho ny fomba fiasantsika teo aloha. Ny voalohany dia mifantoka tsara kokoa amin'ny Model Standard. Ny faharoa dia ahafahanao mahita dian-javatra bebe kokoa, saingy, indrisy, tsy voafaritra tsara izany zavatra izany. Noho izany, samy manana ny lafy ratsiny ny fomba roa.

Tadiavo ny antsoina hoe Theory of Everything (TUT), ny grail masin'ny fizika, dia tokony hapetraka ao amin'ny sokajy faharoa, satria matetika dia tonga amin'ny fitadiavana hery ambony sy ambony kokoa (3), izay ahitana ny herin'ny ny natiora dia mitambatra ho fifandraisana iray ihany.

3. Angovo ilaina amin'ny fampiraisana vinavina ny fifandraisana

Nisforn neutrino

Vao haingana, ny siansa dia nifantoka bebe kokoa tamin'ny sehatra mahaliana kokoa, toy ny fikarohana momba ny neutrino, izay namoaka tatitra midadasika tao amin'ny MT. Tamin'ny Febroary 2020, ny Astrophysical Journal dia namoaka boky momba ny fahitana ny neutrino mahery vaika tsy fantatra ny fiaviany any Antarctica. Ho fanampin'ny fanandramana fanta-daza, dia natao ihany koa ny fikarohana tany amin'ny kaontinanta mangatsiaka amin'ny alàlan'ny kaody ANITA (), izay misy ny famoahana balaonina misy sensor. onjam-peo.

Samy natao hikaroka onjam-peo avy amin'ny neutrino mahery vaika mifandona amin'ny zavatra mivaingana mandrafitra ranomandry izy roa sy ANITA. Avi Loeb, filohan'ny Departemantan'ny Astronomy Harvard, dia nanazava tao amin'ny tranokalan'ny Salon: "Ny zava-nitranga hitan'ny ANITA dia toa tsy fahita firy satria tsy azo hazavaina ho neutrino avy amin'ny loharano astrofizika. (...) Mety ho karazana poti-javatra izay mifandray malemy kokoa noho ny neutrino amin’ny zavatra tsotra. Miahiahy izahay fa misy poti-javatra toy izany ho zava-maizina. Fa inona no mahatonga ny hetsika ANITA ho mahery vaika?"

Ny neutrinos no hany singa fantatra mandika ny Model Standard. Araka ny modely Standard amin'ny singa fototra dia tsy maintsy manana karazana neutrino telo isika (elektronika, muon ary tau) ary karazana antineutrino telo, ary aorian'ny fiforonany dia tsy maintsy miorina sy tsy miova amin'ny fananany. Hatramin'ny taona 60, rehefa niseho ny kajy voalohany sy ny fandrefesana ny neutrino vokarin'ny Masoandro, dia tsapanay fa nisy olana. Fantatray hoe firy ny electron neutrino niforona solaitra fototra. Rehefa norefesinay anefa ny isan’ny tonga dia ny ampahatelon’ny isa novinavinaina ihany no hitanay.

Na misy tsy mety amin'ny mpitsikilo, na misy tsy mety amin'ny maodelin'ny Masoandro, na misy tsy mety amin'ny neutrinos mihitsy. Ny fanandramana reactor dia nanaporofo haingana ny fiheverana fa misy zavatra tsy mety amin'ny mpitsikilo (4). Niasa araka ny efa nampoizina izy ireo ary nahazo naoty tsara ny zava-bitany. Ny neutrino hitanay dia nisoratra anarana mifanaraka amin'ny isan'ny neutrino tonga. Nandritra ny am-polony taona maro, astronoma maro no niady hevitra fa diso ny modelintsika masoandro.

4. Sarin'ny hetsika neutrino amin'ny taratra Cherenkov avy amin'ny mpitsikilo Super Kamiokande

Mazava ho azy fa nisy zavatra hafahafa hafa mety hanovana ny fahatakarantsika an'izao rehetra izao, raha ny marina, amin'izay nolazain'ny Model Standard. Ny hevitra dia ny hoe ireo karazana neutrino telo izay fantatsika dia tena manana faobe fa tsy mahia, ary afaka mampifangaro (miovaova) izy ireo mba hiova tsiro raha manana angovo ampy izy ireo. Raha elektronika ny neutrino dia mety hiova eny an-dalana mankany muon i taonsfa rehefa misy mass ihany no azo atao izany. Manahy momba ny olan'ny neutrino havanana sy havia ny mpahay siansa. Satria raha tsy afaka manavaka azy ianao dia tsy afaka manavaka na particule na antiparticle.

Ny neutrino ve dia mety ho antiparticle azy manokana? Tsy araka ny mahazatra Standard Model. Fermionamin'ny ankapobeny dia tsy tokony ho antipartikely ho azy manokana izy ireo. Ny fermion dia singa rehetra misy fihodinana ± XNUMX/XNUMX. Ity sokajy ity dia ahitana ny quark sy lepton rehetra, anisan'izany ny neutrino. Na izany aza, misy karazana fermion manokana, izay tsy misy afa-tsy amin'ny teoria - Majorana fermion, izay antiparticle manokana. Raha nisy izany dia mety hisy zavatra miavaka... tsy misy neutrino fandotoana beta roa. Ary indro misy fahafahana ho an'ireo mpanandrana izay efa ela no nitady hantsana toy izany.

Amin'ireo dingana rehetra voamarika mahakasika ny neutrino, ireo singa ireo dia mampiseho fananana izay antsoin'ny mpahay fizika hoe havia. Ny neutrinos amin'ny tanana havanana, izay fanitarana voajanahary indrindra amin'ny Model Standard, dia tsy hita na aiza na aiza. Ny singa MS hafa rehetra dia manana dikan-kavanana, fa ny neutrinos dia tsy. Nahoana? Ny fanadihadiana farany sy faran'izay feno nataon'ny ekipa iraisam-pirenena fizika, anisan'izany ny Institute of Nuclear Physics of the Poloney Academy of Sciences (IFJ PAN) any Krakow, dia nanao fikarohana momba ity olana ity. Mino ny mpahay siansa fa ny tsy fisian'ny fandinihana ny neutrino amin'ny tanana havanana dia afaka manaporofo fa Majorana fermion izy ireo. Raha izany no izy, dia tena goavana be ny dikan-ny ilany havanana, izay manazava ny fahasarotan'ny fitadiavana.

Saingy mbola tsy fantatsika raha antiparticles ny neutrino. Tsy fantatsika raha mahazo ny faony avy amin'ny fatoran'ny Higgs boson izy ireo, na raha mahazo izany amin'ny fomba hafa. Ary tsy fantatsika, angamba ny sehatry ny neutrino dia sarotra kokoa noho ny heverintsika, miaraka amin'ny neutrino sterile na mavesatra miafina ao anaty haizina.

Atoma sy ny anomalies hafa

Ao amin'ny fizika singa fototra, ankoatry ny neutrino lamaody, dia misy sehatra fikarohana hafa tsy dia fantatra loatra izay ahafahan'ny "fizika vaovao" hamirapiratra. Ny mpahay siansa, ohatra, dia nanolotra karazana potika subatomika vaovao mba hanazavana ilay saro-pantarina kaon simba (5), tranga manokana amin'ny singa meson misy quark iray i mpivarotra antitra iray. Rehefa simba ny singa kaon, dia misy ampahany kely amin'izy ireo mandalo fiovana izay nahagaga ny mpahay siansa. Mety hanondro karazana poti vaovao na hery ara-batana vaovao miasa ny fomba fiasan'io lo. Izany dia ivelan'ny faritry ny Standard Model.

Misy andrana bebe kokoa hitadiavana banga ao amin'ny Model Standard. Anisan’izany ny fikarohana ny g-2 muon. Efa ho zato taona lasa izay, i Paul Dirac, mpahay fizika, dia naminavina ny fotoana andriamby amin'ny elektrôna amin'ny fampiasana g, isa iray mamaritra ny toetran'ny singa iray. Avy eo, ny fandrefesana dia nampiseho fa ny "g" dia tsy mitovy amin'ny 2, ary nanomboka nampiasa ny fahasamihafana misy eo amin'ny tena sandan'ny "g" sy ny 2 ny fizika mba handinihana ny firafitry ny singa subatomika sy ny lalàn'ny fizika amin'ny ankapobeny. Tamin’ny 1959, ny CERN tany Genève, Soisa, dia nanao ny andrana voalohany nandrefesana ny sandan’ny g-2 amin’ny singa subatomika iray antsoina hoe muon, mifatotra amin’ny elektrôna iray nefa tsy miovaova ary 207 heny mahery noho ny singa fototra.

Brookhaven National Laboratory any New York dia nanomboka ny andrana manokana ary namoaka ny valin'ny fanandramana g-2 tamin'ny taona 2004. Ny fandrefesana dia tsy araka ny nambaran'ny Model Standard. Na izany aza, ny fanandramana dia tsy nanangona angona ampy ho an'ny famakafakana statistika mba hanaporofoana amin'ny fomba mazava fa ny sanda voarefy dia tena hafa tokoa fa tsy fiovaovan'ny statistika fotsiny. Ny foibem-pikarohana hafa dia manao andrana vaovao miaraka amin'ny g-2, ary mety ho fantatsika tsy ho ela ny valiny.

Misy zavatra manitikitika kokoa noho izany Kaon anomalies i muon. Tamin'ny taona 2015, ny fanandramana momba ny fahalovana ny beryllium 8Be dia nampiseho tsy fahampiana. Mampiasa ny mpitsikilo azy ireo mpahay siansa any Hongria. Na izany aza, sendra nahita na nihevitra izy ireo fa nahita, izay milaza ny fisian'ny hery fototra fahadimy amin'ny natiora.

Lasa liana tamin’ilay fianarana ireo mpahay fizika avy ao amin’ny Oniversiten’i Kalifornia. Nanoro hevitra izy ireo fa niantso ilay tranga anomaly atoma, dia vokatry ny ampahany vaovao tanteraka, izay tokony hitondra ny hery fahadimin'ny natiora. Antsoina hoe X17 izy io satria heverina fa efa ho 17 tapitrisa volts elektronika ny lanja mifanaraka aminy. Izany dia avo 30 heny amin'ny lanjan'ny elektrôna, saingy kely kokoa noho ny lanjan'ny proton. Ary ny fomba fitondran'ny X17 amin'ny proton dia iray amin'ireo endri-javatra hafahafa indrindra - izany hoe, tsy mifandray amin'ny proton mihitsy. Fa kosa, mifandray amin'ny electron na neutron misy fiampangana ratsy, izay tsy misy fiampangana mihitsy. Izany dia manasarotra ny fampifanarahana ny singa X17 amin'ny Modely Standard ankehitriny. Ny boson dia mifandray amin'ny hery. Ny gluon dia mifandray amin'ny hery matanjaka, boson miaraka amin'ny hery malemy, ary ny foton'ny electromagnetism. Misy mihitsy aza boson hypothetical ho an'ny gravité antsoina hoe graviton. Amin'ny maha-boson azy, ny X17 dia hitondra hery ho azy manokana, toy izay mbola mistery ho antsika hatramin'izao ary mety hisy.

Izao rehetra izao sy ny tari-dalana tiany?

Tao amin'ny gazety iray navoaka tamin'ny Aprily tao amin'ny gazety Science Advances, dia nitatitra ny mpahay siansa ao amin'ny Oniversiten'i Nouvelle-Galles Atsimo any Sydney fa ny fandrefesana hazavana vaovao avoakan'ny quasar 13 lavitrisa taona hazavàna lavitra dia manamafy ny fandinihana teo aloha izay nahitana fiovaovana kely teo amin'ny rafitra tsy tapaka. an'izao rehetra izao. Profesora John Webb avy ao amin’ny UNSW (6) dia manazava fa ny tsy miovaova firafitra tsara dia “habetsaka ampiasain’ny mpahay fizika ho fandrefesana ny hery elektrômagnetika”. hery elektromagnetika mitazona elektrôna manodidina ny nokleary ao amin'ny atoma rehetra eo amin'izao rehetra izao. Raha tsy misy izany, dia hikorontana ny raharaha rehetra. Hatramin'ny vao haingana, dia noheverina ho hery tsy tapaka amin'ny fotoana sy ny habaka. Saingy tao anatin'ny fikarohana nataony tao anatin'ny roapolo taona lasa izay, ny Profesora Webb dia nahatsikaritra tsy fahampiana ao amin'ny rafitra tsara mivaingana izay ahitana ny hery elektrômagnetika, refesina amin'ny lalana voafidy eo amin'izao rehetra izao, dia toa tsy mitovy foana.

"" hoy ny fanazavan'i Webb. Tsy hita tamin'ny fandrefesan'ny ekipa Australiana ny tsy fitovian-kevitra, fa tamin'ny fampitahana ny valiny tamin'ny fandrefesana hazavana quasar hafa nataon'ny mpahay siansa hafa.

"" hoy ny Profesora Webb. "". Araka ny hevitr'izy ireo, ny valiny dia toa manondro fa mety hisy lalana tiana kokoa eo amin'izao rehetra izao. Raha lazaina amin'ny teny hafa, dia manana rafitra dipole izao rehetra izao.

"" Hoy ny mpahay siansa momba ny tsy fahampiana voamarika.

Zavatra iray hafa ity: raha tokony ho izay noheverina ho fiparitahan'ny vahindanitra, quasars, rahona entona ary planeta misy fiainana, dia misy mifanandrify tampoka any avaratra sy atsimo. Na izany aza, ny Profesora Webb dia vonona ny hanaiky fa ny vokatry ny fandrefesana nataon'ny mpahay siansa tamin'ny dingana samihafa tamin'ny fampiasana teknolojia samihafa sy avy amin'ny toerana samihafa eto an-tany dia kisendrasendra lehibe tokoa.

Nomarihin'i Webb fa raha misy tari-dalana eo amin'izao rehetra izao, ary raha toa tsy mitovy ny electromagnetisme any amin'ny faritra sasany amin'ny cosmos, dia mila averina jerena ny foto-kevitra fototra ao ambadiky ny ankamaroan'ny fizika maoderina. "", miteny. Ny modely dia mifototra amin'ny teorian'i Einstein momba ny sinton'ny tany, izay mihevitra mazava ny fahamarinan'ny lalàn'ny natiora. Ary raha tsy izany, dia ... mampitolagaga ny fanahy amin'ny eritreritra hamadika ny tranoben'ny fizika manontolo.