Tidak ada yang macam-macam dengan Large Hadron Collider. Ini adalah penghancur partikel tertinggi di zaman sekarang, dan tidak ada yang dapat menyentuh kemampuan energinya atau kemampuannya untuk mempelajari batas-batas fisika. Tetapi semua kemuliaan adalah sementara, dan tidak ada yang abadi. Akhirnya, di suatu tempat sekitar tahun 2035, lampu-lampu di lingkaran kekuatan sepanjang 17 mil (27 kilometer) ini akan padam. Apa yang terjadi setelah itu?
Kelompok-kelompok yang bersaing di seluruh dunia sedang berdesak-desakan untuk mendapatkan dukungan finansial untuk menjadikan gagasan hewan peliharaan mereka sebagai hal besar berikutnya. Satu desain dijelaskan 13 Agustus di sebuah makalah di jurnal pracetak arXiv. Dikenal sebagai Compact Linear Collider (atau CLIC, karena itu imut), senjata rel subatomik besar yang diusulkan tampaknya menjadi pelari terdepan. Apa sifat sebenarnya dari boson Higgs? Apa hubungannya dengan quark teratas? Bisakah kita menemukan petunjuk fisika di luar Model Standar? CLIC mungkin dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan itu. Ini hanya melibatkan collider partikel lebih lama dari Manhattan.
Balapan drag subatomik
Large Hadron Collider (LHC) menghancurkan partikel yang agak berat yang dikenal sebagai hadron (karena itu nama fasilitas). Anda memiliki banyak hadron di dalam tubuh Anda; proton dan neutron adalah perwakilan paling umum dari klan mikroskopis itu. Di LHC, berputar-putar hadron berjalan dalam lingkaran raksasa, sampai mereka mendekati kecepatan cahaya dan mulai menghancurkan. Meskipun mengesankan - LHC mencapai energi yang tak tertandingi oleh perangkat lain di Bumi - seluruh urusannya sedikit berantakan. Lagipula, hadron adalah partikel konglomerat, hanya sekantong benda lain yang lebih kecil, lebih mendasar, dan ketika hadron hancur, semua isi perut mereka tumpah ke mana-mana, yang membuat analisis menjadi rumit.
Sebaliknya, CLIC dirancang agar lebih sederhana, bersih, dan lebih bedah. Alih-alih hadron, CLIC akan mempercepat elektron dan positron, dua cahaya, partikel fundamental. Dan pukulan keras ini akan mempercepat partikel dalam garis lurus, di mana saja dari 7 hingga 31 mil (11 hingga 50 km), tergantung pada desain akhir, sampai ke laras.
Semua keangkeran ini tidak akan terjadi sekaligus. Rencana saat ini adalah untuk CLIC untuk pergi dengan kapasitas yang lebih rendah pada tahun 2035, tepat ketika LHC mereda. CLIC generasi pertama akan beroperasi hanya pada 380 gigaelectronvolts (GeV), kurang dari sepertiga puluh dari kekuatan maksimum LHC. Bahkan, bahkan kekuatan operasional penuh CLIC, saat ini ditargetkan untuk 3 teraelectronvolts (TeV), kurang dari sepertiga dari apa yang dapat dilakukan LHC sekarang.
Jadi, jika penumbuk partikel generasi lanjut yang canggih tidak dapat mengalahkan apa yang dapat kita lakukan hari ini, apa gunanya?
Pemburu Higgs
Jawaban CLIC adalah bekerja lebih cerdas, bukan lebih keras. Salah satu tujuan sains utama LHC adalah menemukan Higgs boson, partikel yang telah lama dicari yang meminjamkan partikel lain massa mereka. Kembali pada 1980-an dan 1990-an, ketika LHC dirancang, kami tidak yakin Higgs bahkan ada, dan kami tidak tahu apa itu massa dan properti lainnya. Jadi kami harus membangun instrumen serba guna yang dapat menyelidiki berbagai jenis interaksi yang semuanya berpotensi mengungkap Higgs.
Dan kami melakukannya. Hore!
Tetapi sekarang setelah kita tahu bahwa Higgs adalah hal yang nyata, kita dapat mengatur colliders kita ke interaksi yang lebih sempit. Dengan melakukan itu, kami akan bertujuan untuk membuat boson Higgs sebanyak mungkin, mengumpulkan banyak data menarik dan belajar lebih banyak tentang partikel misterius yang fundamental ini.
Dan inilah jargon fisika paling aneh yang mungkin Anda temui minggu ini: Higgsstrahlung. Ya, Anda membacanya dengan benar. Ada proses dalam fisika partikel yang dikenal sebagai bremsstrahlung, yang merupakan jenis radiasi unik yang dihasilkan oleh sekelompok partikel panas yang dijejalkan ke dalam kotak kecil. Dengan analogi, ketika Anda membanting sebuah elektron ke posisi dengan energi tinggi, mereka menghancurkan satu sama lain dalam hujan energi dan partikel baru, di antaranya adalah bos Z yang dipasangkan dengan Higgs. Karenanya, Higgsstrahlung.
Pada 380 Gev, CLIC akan menjadi pabrik Higgsstrahlung yang luar biasa.
Melampaui kuark atas
Dalam makalah baru itu, Aleksander Filip Zarnecki, seorang fisikawan di Universitas Warsawa di Polandia dan anggota kolaborasi CLIC, menjelaskan status desain fasilitas saat ini, berdasarkan simulasi canggih dari detektor dan tabrakan partikel.
Harapan dengan CLIC adalah bahwa dengan hanya memproduksi boson Higgs sebanyak mungkin dalam lingkungan yang bersih dan mudah dipelajari, kita dapat belajar lebih banyak tentang partikel tersebut. Apakah ada lebih dari satu Higgs? Apakah mereka berbicara satu sama lain? Seberapa kuat Higgs berinteraksi dengan semua partikel lain dari Model Standar, teori andalan fisika subatomik?
Filosofi yang sama akan diterapkan pada quark teratas, quark yang paling sedikit dipahami dan paling langka. Anda mungkin belum banyak mendengar tentang quark teratas karena itu jenis penyendiri - itu quark terakhir yang ditemukan, dan kami jarang melihatnya. Bahkan pada tahap awal, CLIC akan memproduksi sekitar 1 juta quark teratas, memberikan kekuatan statistik yang belum pernah terjadi ketika menggunakan LHC dan colliders modern lainnya. Dari sana, tim di belakang CLIC berharap untuk menyelidiki bagaimana partikel quark top meluruh, yang jarang terjadi. Tetapi dengan sejuta dari mereka, Anda mungkin bisa belajar sesuatu.
Tapi itu belum semuanya. Tentu, itu adalah satu hal untuk menyempurnakan Higgs dan quark atas, tetapi desain cerdas CLIC memungkinkannya untuk melampaui batas-batas Model Standar. Sejauh ini, LHC telah muncul kering dalam pencariannya untuk partikel baru dan fisika baru. Meskipun masih ada banyak tahun yang tersisa untuk mengejutkan kami, seiring berjalannya waktu, harapan semakin berkurang.
Melalui produksi mentah bos Higgs dan quark top yang tak terhitung jumlahnya, CLIC dapat mencari petunjuk tentang fisika baru. Jika ada beberapa partikel eksotis atau interaksi di luar sana, itu dapat secara halus mempengaruhi perilaku, peluruhan dan interaksi kedua partikel ini. CLIC bahkan dapat menghasilkan partikel yang bertanggung jawab atas materi gelap, materi misterius dan tak terlihat yang mengubah jalannya surga. Fasilitas itu tidak akan dapat melihat materi gelap secara langsung, tentu saja (karena gelap), tetapi fisikawan dapat melihat ketika energi atau momentum telah hilang dari peristiwa tabrakan, pertanda pasti bahwa sesuatu yang funky sedang terjadi.
Siapa yang tahu apa yang mungkin ditemukan CLIC? Tapi bagaimanapun juga, kita harus melampaui LHC jika kita ingin kesempatan yang baik untuk memahami partikel-partikel yang diketahui dari alam semesta kita dan mengungkap beberapa yang baru.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari "Tanya seorang angkasawan" dan "Radio luar angkasa, "dan penulis"Tempat Anda di Alam Semesta."
