Yandex nuevo experimento del CERN: cómo encontrar la materia oscura en tan sólo 13 años

¿Por qué necesito un experimento buque h4> Cualquier físico experimental probado en mi vida algo abierto. Y la idea de la búsqueda de partículas de este tipo no es nueva. Se puede ver en esta distribución los resultados de muchos experimentos que ya se han tratado de encontrarlos. En general, estos resultados se presentan como una distribución bidimensional. En un eje es una cantidad que caracteriza a la fuerza con la que estas nuevas partículas interactúan con las partículas conocidas, y en otra masa de estas partículas de escala retardada. Y aquí muestra el resultado de un gran número de experimentos que puso bastante impresionante más allá de la ausencia de tales partículas.





Se encontró que el modelo estándar funciona muy bien y, de hecho, se describen todos los fenómenos en el microcosmos, la física de partículas. Y resulta que, este microcosmos no es muy complicado y, a pesar de la enorme cantidad de diferentes partículas experimentales. Por supuesto, que todos ustedes han oído hablar de la protones , neutrones, electrones , muones . De hecho, muy poco de las partículas fundamentales. Este llamado fermiones (sólo seis fermiones fundamentales conocidas leptones y quarks seis ).



De estos quarks pueden construir todos los otros mesones , lo que hoy conocemos. La interacción entre estos fermiones fundamentales se describen por tres fuerzas:

• La interacción electromagnética. Describe la interacción de partículas cargadas.
• La interacción débil. Implican leptones (por ejemplo, neutrino , electrones, muones Pero los electrones y muones también participan en interacciones electromagnéticas, ya que están - pagan) los quarks
• las interacciones fuertes.. Implican quarks. Tienen que ser capaces de crear un protón y un neutrón. leptón y tres neutrinos correspondientes . Los neutrinos - una partícula con una masa muy pequeña. Participan sólo en las interacciones débiles, porque los neutrinos son eléctricamente neutros.
  
  Y hay seis quarks: , abajo , encanto, extraño , superior y inferior. Resulta que entre las propiedades de los leptones y los quarks tienen mucho en común, y dicen que hay tres generaciones de leptones y quarks: la primera, segunda y tercera. De hecho, las propiedades del electrón y las propiedades de los neutrinos, muones y neutrinos, las propiedades del leptón tau y los neutrinos tau son absolutamente la misma. ¿Cómo se diferencian? Sólo su masa. La masa del muón es de aproximadamente 200 veces más grande que el electrón, y tau leptónico masa 20 veces mayor que la masa del muón. ¿Por qué esto es así, no lo sabemos. Lo mismo ocurre con los quarks. Los quarks son la primera, segunda y tercera generación son absolutamente las mismas propiedades - sólo diferentes masas. ¿Y por qué su peso también muy diferente, no sabemos.
  
  Interacciones que experimenten estos fermiones fundamentales, en la física de partículas para asociar con interacciones nativas. Interacciones electromagnéticas mediadas por los fotones, la interacción débil - que estos tres bosones. Fotón - sin masa, la masa de estos bosones - unos 100g GeV. Gluones sin masa llevan las interacciones fuertes.
  
  Prácticamente todos los procesos físicos predijeron modelo estándar, se confirmaron experimentalmente. La única parte que faltaba, pero se predijo - el bosón de Higgs. El hecho de que las ecuaciones del modelo estándar se han escrito para partículas sin masa, y luego de Higgs y varios teóricos han llegado con un muy elegante mecanismo de cómo utilizar el bosón de Higgs hacer partículas masivas.
  
  
  
  Esta es una distribución muy interesante que muestra la distribución de la masa del Higgs - ya que recoge durante el procesamiento. Y de nuevo no hay ningún pico fue visto. Hoy en día, sabemos que hay un bosón de Higgs, y su peso es igual aquí, y este pico es alrededor de 125 GeV. Y hoy podemos decir con seguridad que estos informes iniciales de la masa del Higgs eran correctas.
  
  Resulta que esta masa es muy sorprendente. Si el Higgs es en un rango de masas muy estrecho, puede ser que, además del modelo estándar, nada más y no necesitan que legítimamente puede ser clasificado como una teoría completa cuántica de campo, que se prepara para la escala de Planck, es decir, En él se describen todos los procesos en el microcosmos. Además, con esta masa del Higgs incluso puede describir la expansión del universo sin recurrir a cualquier otras partículas nuevas.
  
  

  Problemas del Modelo Estándar h5> Sin embargo, los físicos continúan para buscar lo que se llama allá modelo de la física estándar o nueva física. ¿Por qué lo hacen? Hay tres problemas principales que el Modelo Estándar no explica.
  
  El primer problema está relacionado con los experimentos en microcosmos. En un principio se pensó que los tres fermiones fundamentales sin masa. El mecanismo de Higgs del Modelo Standard usando puede dar masa a todas las demás fermiones y bosones, pero no los neutrinos. Hoy absolutamente seguros de que el neutrino tiene masa. No sabemos lo que es, pero sí sabemos que las tres generaciones de neutrinos que hay una diferencia en el peso, y medir con precisión la diferencia entre las dos masas de tres generaciones de neutrinos. Tenemos que llegar a un mecanismo de cómo complementar el modelo estándar, de modo que obtiene la masa del neutrino. Teniendo en cuenta que, con lo que el bosón de Higgs masa encontrado, el modelo estándar pretende ser una teoría completa del campo cuántico. ¿No quiere cambiar su ecuación, que constituyen un mecanismo adicional de cómo hacer que los neutrinos masivos.
  
  Los otros dos problemas principales surgen principalmente de la investigación muy detallada en la cosmología y la astronomía, que ha superado con éxito los últimos 10-20 años. Hoy en día sabemos que la existencia de la materia oscura. El hecho de que la masa gravitatoria abrumadora de nuestro universo no absorbe ni emite luz - es invisible. Al mismo tiempo tenemos un candidato para las partículas de materia oscura de las partículas conocidas. Debido a que la materia oscura no se puede detectar, sus partículas deben ser eléctricamente neutra - de lo contrario podríamos ver en las interacciones electromagnéticas, y que deben interactuar muy, muy débil. En principio, los neutrinos ordinarios podría afirmar que es un candidato para la materia oscura, pero sabemos que se distribuye en el universo es muy desigual. Aquellos heterogeneidad que se observa en el universo, se puede asociar con muy pequeñas irregularidades en los primeros momentos después del Big Bang. Si la materia oscura consiste de neutrinos, a continuación, debido al hecho de que el neutrino es muy, muy ligero, las partículas dispersas tienen la misma velocidad de la luz y no hay irregularidades no hubieran surgido.
  
  Tal vez una explicación más compleja. Sabemos acerca de los lugares donde se concentra la materia oscura. Usando el lenguaje de la física clásica, se puede calcular la masa del fermión. Recuerde que esta partícula, que debe satisfacer el principio de Pauli - es imposible en un momento en el espacio para tener dos fermiones odinkovye. Y se puede calcular la masa del fermión, por lo que la fuerza de la gravedad, que tiende a contraer los cúmulos de materia oscura, algo para compensar. Y ella se compensa la presión de Fermi. Y aquí se puede calcular un límite inferior a la masa del fermión. Debe ser del orden de 1 keV, que es muchas veces mayor que la masa del neutrino. Es decir, la masa del neutrino no puede ser la materia oscura, y por lo tanto debe ser otra cosa que explicaría esta enorme efecto cosmológico.
  
  Y, por último, el tercer mayor problema del modelo estándar. Sabemos que cuando el acelerador es una colisión, nacido aproximadamente el mismo número de partículas y antipartículas. Esto ocurrió durante el Big Bang. Pero hay una pequeña ruptura de la simetría entre el desarrollo en el tiempo de la materia y la antimateria. Estamos muy bien medido en sus quarks. Este fenómeno bien conocido para el estudio de los cuales han sido galardonados con dos premios Nobel. El único problema es que el efecto que estamos viendo con mesones neutros en el sector de quarks, 10 <sup>10 sup> de veces más pequeño que el mecanismo que se necesita para explicar la ausencia de antimateria en el universo. Pero hoy sabemos que el límite inferior de la mezcla de la antimateria en el universo es muy, muy pequeña. Había incluso experimentos especiales en naves espaciales que trataron de encontrar rastros de antimateria en el universo. En general, usted debe hacer algo con estos tres problemas.
  
  Fermiones fundamentales, que se sabe que el modelo estándar - las tres generaciones de quarks, leptones, tres generaciones, los portadores de la interacción y el bosón de Higgs.
  
  
  
  Una de las cosas muy interesantes que se pueden hacer dentro de buque, - tratar de encontrar otros tres fermiones fundamentales, el llamado masiva de neutrinos Majorana a >. Ellos están marcados en el esquema como N _{1 sub>, N 2 sub>, N 3 sub>. Y resulta que mediante el uso de estos neutrinos de Majorana fundamentales pueden explicar la materia oscura. El papel de la candidata a materia oscura jugaría N 1 sub>, la masa de los cuales debe ser del orden de varios keV. A N pesado 2 sub> y N 3 sub> está en el rango de 0 a 5 GeV 40-50 GeV. Y pueden explicar cómo hacer una ordinaria neutrinos masivos, sin violar la ecuación del modelo estándar, y en gran medida a mejorar el mecanismo de ruptura de la simetría entre materia y antimateria. En la creación de un modelo de este tipo, llamado asistió el Modelo Estándar de Neutrinos mínimo un buen número de los físicos y de Rusia, y científicos extranjeros.}</sup>
  
  

  ¿Cómo va el detector está dispuesto y que se debe medir? H4> ¿Cómo encontrarlos? Para encontrar N1, programa planificado de experimentos en el espacio. Si usted tiene N <sub>1 sub> - un candidato a materia oscura, y la masa de su bastante grande, varios prevista para 2015. Detector de fotones, que se ubicará en el Astro-H, tiene la resolución deseada. Debido a que la materia oscura nos rodea por todos lados, era perfecto, por lo que se estableció en satélites espaciales y podría escanear 4π - todas las áreas del universo. Pero por lo general, los experimentos astrofísicos dirigidos a estudiar cierto intervalo angular y la apertura tienen muy estrecho. Pero tres lanzamiento astromissy discutido en el 2019 -2020 año debe ser un ángulo de visión mucho más amplio.
  
  Para encontrar partículas N 2 sub> y N 3 sub>, necesitamos experimentos en aceleradores. Se espera que la masa de estas partículas es en el área de 0, 5 GeV hasta 30-40 GeV. Su búsqueda - este es uno de los objetivos de la nave experimento. Dado que la probabilidad de ocurrencia de este tipo de partículas - proceso muy, muy raro, usted debe asegurarse de que la matriz de datos, donde pueden aparecer tales partículas, también, fue una muy, muy grande. ¿Dónde se puede obtener en los aceleradores TsERNa? Esta cadena de aceleradores que existe. SHIP experimento propuesto para llevar a cabo el acelerador .
  
  
  
  El hecho de que la vida útil del haz de protones en el Gran Colisionador de Hadrones es alrededor de 20 horas. Es decir, después de la inyección de protones que pasan de MSF para el LHC, que más o menos tiene 20 horas para utilizar el acelerador de protones SPS para otra cosa. De hecho, hasta hace poco, se utilizaron estos protones de los neutrinos ordinarios de nacimiento, y estos neutrinos indicados aquí en esta línea y en un laboratorio subterráneo especial, que se encuentra en Italia, a una distancia de unos 750 km de TsERNa. Estos experimentos se han completado, y ahora realmente el 70% de los protones que se pueden usar y que son producidos en el acelerador SPS, gratis. Y una de las motivaciones de la nave experimento - Comprender cómo utilizar estos protones.
  
  
  
  Este es el lugar donde va a experimentar barco. Se requeriría una línea bastante caro de la retirada de los protones de MSF y bastante una gran sala (aproximadamente 20x20 metros y una longitud de unos 100 metros). La creación de dicha infraestructura adicional en TsERNe orden vale 100 hasta 120 millones de francos suizos. ¿Quién será el primer estudio publicado de una línea de luz especial, la ingeniería.
  
  
  
  ¿Cómo se debe mirar SHIP experimento? Por cada segundo que puede producir un coágulo 5x10 <sup>13 sup> de protones. Y tal conclusión se puede hacer cada siete segundos. Si el experimento de esta manera va a funcionar durante 3-4 años, entonces usted puede marcar en unos 2x10 20 sup> interacciones de protones. Todos ellos necesitan para analizar y encontrar entre ellos varios eventos de señalización. Busque estos eventos serán en este sistema experimental, pero entre el punto de los protones de destino y la protección especial de la instalación debe estar ubicado, que absorberán las partículas no deseadas para dejar sólo los que interactúan muy débilmente y que impacto va a pasar a través de esta protección.
  
  
  
  Esta es una vista muy esquemática de esta instalación. Ahora que la longitud prevista del cilindro es de aproximadamente 50 metros de diámetro - 5 metros.</sup></sub>