Yandex的新的欧洲核子研究中心的实验：如何寻找暗物质在短短13年

为什么我需要一个实验舰 H4>任何实验物理学家试图在我的生活的东西打开。而寻找这种粒子的想法并不新鲜。您可以从许多实验这个分布结果已经尝试找到他们看。通常，这些结果表示为一个二维分布。在一个轴上的是，与这些新颗粒与已知颗粒相互作用的力的特征，并且这些颗粒的另一个尺度延迟块的量。这里示出了一个非常大量的实验是把相当可观以外不存在这样的颗粒的结果。





结果发现，在标准模式运作得很好，其实说明一切现象的缩影，粒子物理学。而事实证明，这个缩影，是不是很复杂，尽管不同的实验粒子的数量庞大。当然，你都听说过的质子，的中子，电子，的介子。事实上，很少的基本粒子。这种所谓的费米子（只有六人人皆知的基本费米子的 轻子和夸克6 ）。



这些夸克可以构建其他介子的，这是我们今天所知道的。这些基本费米子之间的相互作用描述了三种力量：

• 的电磁相互作用。描述带电粒子的相互作用。
• 弱相互作用。它们包括轻子（例如，中微子，电子的介子但电子和μ子也参与电磁相互作用，因为它们是 - 收费）夸克
• 强相互作用。它们涉及夸克。它们需要能够创建一个质子和一个中子。 LI> UL>所以，有六个基本的轻子 - 电子，μ介子，头轻子和三个相应的中微子。中微子 - 以一个非常小的质量的粒子。他们只参与弱相互作用，因为中微子是电中性的。
  
  并有六种夸克：了，的倒，魅力，的奇怪，顶和的底部。事实证明，轻子和夸克的性质之间有许多共同之处，他们说，有三代轻子和夸克的：第一，第二和第三。事实上，电子的特性和中微子，μ子中微子和性能，在头轻子和τ中微子的性质是完全一样的。它们有什么不同？只有它的质量。 μ介子的质量比电子大200倍，比μ介子的质量更大的头，轻子质量的20倍。为什么会是这样，我们不知道。同样的事情发生在夸克。夸克是第一，第二和第三代是绝对相同的性质 - 只有不同的质量。以及为什么他们的体重也大不一样，我们不知道。
  
  遇到这些基本费米子，粒子物理的相互作用与本土互动关联。通过光子介导的电磁相互作用，弱相互作用 - 这三个色子。光子 - 无质量，这些玻色子的质量 - 100g左右GeV的。无质量胶子携带的强相互作用。
  
  几乎所有的物理过程的预测标准模型，进行了实验证实。缺少的只是一点，但有人预测 - 希格斯玻色子。该标准模型的公式已被写入了无质量的粒子，然后希格斯和一些理论家们想出了一个非常优雅的机制，如何使用希格斯玻色子使大量颗粒的事实。
  
  
  
  这是一个非常有趣的分布，显示了希格斯玻色子的质量分布 - 因为它拿起加工过程中。并没有再看见峰。今天，我们知道有一个希格斯玻色子，其重量等于在这里，这是峰值约125 GeV的。今天我们可以肯定地说，希格斯的质量，这些最初的报告是正确的。
  
  事实证明，这个质量是非常惊人的。如果希格斯是在一个非常窄的质量范围，这可能是因为，除了标准模型，仅此而已，并不需要，它可以被合理地划分为一个完整的量子场论，它运行到普朗克尺度，即它描述了所有的缩影过程。此外，与此希格斯质量甚至可以描述宇宙的膨胀，而不诉诸任何其他新粒子。
  
  

  标准模型的问题 H5>然而，物理学家继续寻找所谓超越标准模型的物理或新的物理学。他们为什么这样做呢？有三个主要的问题是，标准模型无法解释。
  
  第一个问题涉及在微观世界的实验。一开始人们认为的三个基本费米子无质量。标准模型希格斯机制使用可以给大众的所有其他费米子和玻色子，但不是中微子。今天，我们绝对肯定知道中微子具有质量。我们不知道它是什么，但我们知道，三代中微子存在的重量差，并精确地测量两个物体三代中微子之间的差异。我们需要拿出如何补充标准模型，使中微子质量获得机制。鉴于此，有什么样的希格斯玻色子的质量发现，标准模型声称是量子场的完整理论。不想改变它的公式，弥补了如何使大量中微子的附加机制。
  
  第二两大难题主要来自非常详细的研究，宇宙学和天文学，成功地通过了最后的10-20年。今天，我们知道暗物质的存在。我们的宇宙的巨大引力质量不吸收或发射光的事实 - 它是无形的。同时我们已知粒子的暗物质粒子的候选者。因为暗物质不能被检测到，其颗粒必须是电中性 - 否则，我们可以看到它的电磁相互作用，并且它必须相互作用非常弱。原则上，普通的中微子可以算得上是暗物质的候选，但我们知道它是分布在宇宙中很不平衡。我们观察到在宇宙中的异质性，可以在大爆炸后的最初时刻非常小的违规行为有关。如果暗物质由中微子，那么由于这样的事实，该中微子是非常，非常轻，散射粒子的光以相同的速度和无凹凸就不会出现。
  
  或许更复杂的解释。我们知道那里的暗物质集中的地方。用经典物理学的语言，你可以计算出费米子的质量。记住这粒子，其必须满足泡利原理 - 这是不可能在空间中的一个点具有两个odinkovye费米子。你可以计算出费米子的质量，从而使引力，这往往会收缩暗物质的集群，东西来弥补。她补偿费米的压力。在这里，您可以在费米子的质量计算出的下限。它应该是1千电子伏，这是比中微子的质量大许多倍的量级。也就是说，中微子的质量不可能是暗物质，因此必须是别的东西可以解释这个巨大的宇宙效果。
  
  最后，标准模型的第三大问题。我们知道，当加速器是一个冲突，出生关于粒子和反粒子的数量相同。这件事发生在大爆炸中。但有一个小的对称性物质和反物质时代发展的突破。我们是很好的测量它的夸克。这对于其中的研究众所周知的现象已获得两项诺贝尔奖。唯一的问题是，我们所看到的，在夸克行业中性介子的影响，10 <sup>10 SUP>倍，是需要解释的情况下反物质在宇宙中的机制更小。但今天我们知道，在反物质在宇宙中外加剂的下限是非常非常小的。甚至有空间上的船只试图寻找宇宙中​​的反物质的踪迹特殊的实验。一般情况下，你应该做的事情与这三个问题。
  
  基本费米子，它是已知的标准模型 - 三代夸克，轻子，三代，互动的载体和希格斯玻色子。
  
  
  
  其中，可以在船上做了非常有趣的事情 - 尝试找到另一三个基本费米子，所谓马约拉纳大量中微子 A >。它们被标记的方案如N _{1 SUB>，N 2 SUB>，N 3 SUB>。而事实证明，通过使用这些基本马约拉纳中微子可以解释暗物质。候选人的暗物质的作用将播放N 1 SUB>，大众这必须是几个千电子伏的量级。较重ñ 2 SUB>和N 3 SUB>是从0到5 GeV的40〜50 GeV的范围内。他们解释如何使一个普通的大量中微子，在不违反标准模型的方程，并大大提升对称性物质和反物质之间的断裂机制。在建立这样一个模型，称为中微子的最低标准模型参加了不少俄罗斯和物理学家，和外国科学家。}</sup>
  
  

  如何将探测器被安排，它应该衡量？ H4>如何找到他们呢？为了找到N1，在太空实验计划项目。如果你有N个 <sub>1 SUB> - 候选人的暗物质，和她相当大的，有几个。光子检测器，其将位于所述的Astro-H，具有所要求的分辨率。由于暗物质包围着我们在各方面，它是完美的，所以他在太空中的卫星解决，可以扫描4π - 宇宙的各个领域。但通常，天体物理实验，旨在研究特定的间隔角和光圈都非常狭窄。但三astromissy推出在2019年-2020年的讨论应该是一个更广泛的视角。
  
  为了找到粒子ñ 2 SUB>和N 3 SUB>，我们需要在加速器实验。可以预料，这些颗粒的质量为0，5电子伏特的范围可达30-40电子伏特。他们的搜索 - 这是实验舰的目标之一。由于出现这种粒子的概率 - 非常非常罕见的过程中，你必须确保数据数组，如果这些颗粒可能会，也是一个非常，非常大的。它可以在加速器TsERNa得到？这条产业链的加速器存在的。实验舰提议进行加速。
  
  
  
  一个事实，即在大型强子对撞机的质子束的寿命约为20小时。也就是说，注入质子来自SPS传递到LHC后，则大约有20小时，使用质子-SPS加速器别的东西。事实上，直到最近，这些质子被用于出生普通中微子，这些中微子这里显示该线路上，并在一个特殊的地下实验室，它位于意大利，在从TsERNa约750公里的距离。这些实验已经完成，并且现在真的70％的质子，可用于和这些都产生于加速器的SPS，免费。而实验船的动机之一 - 了解如何使用这些质子。
  
  
  
  在这里，您打算做实验船的地方。它需要一个相当昂贵的行撤离质子从SPS和相当大的大厅（约20×20米，约100米的长度）。创建为了TsERNe价值100-120万瑞士法郎等额外的基础设施。谁将会是工程这样一个特殊的束线的第一发表的研究报告。
  
  
  
  应该如何看试验舰？对于每一秒钟就​​可以产生质子的凝块5×10 <sup>13 SUP>。而这样的结论可每7秒钟。如果在实验中以这种方式将工作3-4年，那么你可以拨打约2×10 20 SUP>质子相互作用。他们都需要分析和它们之间找到几个信号事件。寻找这些事件将在本实验装置，但目标质子和安装必须安装特殊的保护，这将吸收多余的颗粒只留给那些相互作用非常微弱且其冲击点之间将通过这种保护。
  
  
  
  这是此装置的非常简略的图。现在，该圆柱体的计划长度在直径50m左右 - 5米。</sup></sub>