Ang mga particle accelerator gigamit isip mga himan sa panukiduki alang sa pagtuon sa sayo kaayo nga uniberso. Ang Hadron collider (ilabi na ang Large Hadron Collider LHC sa CERN) ug ang electron-positron collider anaa sa unahan sa eksplorasyon sa sayo kaayo nga uniberso. Ang mga eksperimento sa ATLAS ug CMS sa Large Hadron Collider (LHC) nagmalampuson sa pagdiskobre sa Higgs boson niadtong 2012. Ang muon collider mahimong magamit sa maong mga pagtuon apan dili pa kini tinuod. Ang mga tigdukiduki karon milampos sa pagpadali sa usa ka positibo nga muon ngadto sa gibana-bana nga 4% sa gikusgon sa kahayag. Kini ang unang pagpabugnaw ug pagpatulin sa muon sa kalibotan. Isip demonstrasyon sa pamatuod-sa-konsepto, kini naghatag ug dalan alang sa katumanan sa unang muon accelerator sa duol nga umaabot.
Ang unang uniberso gitun-an karon sa James Webb Space Telescope (JWST). Gipahinungod lamang sa pagtuon sa unang uniberso, ang JWST naghimo niini pinaagi sa pagkuha sa optical/infrared signal gikan sa unang mga bituon ug mga galaksiya nga naporma sa Uniberso human sa Big Bang. Karong bag-o, malampusong nadiskobrehan sa JWST ang pinakalayo nga galaksiya nga JADES-GS-z14-0 nga naporma sa unang uniberso mga 290 ka milyon ka tuig human sa Big Bang.
Adunay tulo ka hugna sa uniberso - panahon sa radiation, panahon sa butang ug ang karon nga panahon sa mangitngit nga enerhiya. Gikan sa Big Bang hangtod sa mga 50,000 ka tuig, ang uniberso gimandoan sa radiation. Gisundan kini sa panahon sa butang. Ang panahon sa galactic sa panahon sa butang nga milungtad gikan sa mga 200 milyon ka tuig pagkahuman sa Big Bang hangtod mga 3 bilyon ka tuig pagkahuman sa Big Bang gihulagway pinaagi sa pagporma sa mga dagkong istruktura sama sa mga galaksiya. Kini nga panahon sagad gitawag nga "sayo nga uniberso" nga gitun-an sa JWST.
Ang "sayo kaayo nga uniberso" nagtumong sa labing una nga hugna sa uniberso pagkahuman sa Big Bang sa dihang kini init kaayo ug hingpit nga gidominar sa radiation. Ang panahon sa Plank mao ang unang panahon sa panahon sa radiation nga milungtad gikan sa Big Bang ngadto sa 10-43 s. Sa temperatura nga 1032 K, ang uniberso hilabihan ka init niining panahona. Ang panahon sa Planck gisundan sa mga panahon sa Quark, Lepton, ug Nukleyar; ang tanan wala magdugay apan gihulagway sa hilabihan ka taas nga temperatura nga anam-anam nga mikunhod samtang ang uniberso nagkalapad.
Dili mahimo ang direktang pagtuon niining pinakauna nga hugna sa uniberso. Ang mahimo mao ang paghimo pag-usab sa mga kondisyon sa unang tulo ka minuto sa uniberso pagkahuman sa Big Bang sa mga particle accelerators. Ang datos nga namugna pinaagi sa pagbangga sa mga partikulo sa mga accelerators/collider nagtanyag ug dili direkta nga bintana sa sayo kaayo nga uniberso.
Ang mga collider hinungdanon kaayo nga mga himan sa panukiduki sa pisika sa partikulo. Kini ang mga lingin o linear nga makina nga nagpadali sa mga partikulo sa taas kaayo nga tulin nga hapit sa katulin sa kahayag ug gitugotan sila nga mabangga sa lain nga partikulo nga gikan sa atbang nga direksyon o batok sa usa ka target. Ang mga pagbangga nagmugna og hilabihan ka taas nga temperatura sa han-ay sa trilyon nga Kelvin (susama sa mga kondisyon nga anaa sa pinakaunang mga panahon sa panahon sa radiation). Ang mga kusog sa nagbangga nga mga partikulo gidugang busa ang kusog sa pagbangga mas taas nga nahimo nga butang sa porma sa dagkong mga partikulo nga naglungtad sa sayo kaayo nga uniberso sumala sa simetriya sa masa-enerhiya. Ang ingon nga mga interaksyon tali sa taas nga mga partikulo sa enerhiya sa mga kondisyon nga naglungtad sa sayo kaayo nga uniberso naghatag mga bintana sa kung dili maabut nga kalibutan sa kana nga panahon ug ang pag-analisar sa mga sangputanan sa pagbangga nagtanyag usa ka paagi aron masabtan ang nagdumala nga mga balaod sa pisika.
Tingali, ang labing inila nga pananglitan sa mga nagbangga mao ang Large Hadron Collider (LHC) sa CERN sama sa, mga dagko nga gidak-on nga mga collider diin ang mga hadron (composite particle nga hinimo sa mga quark lamang sama sa mga proton ug neutron) nagbangga. Kini ang kinadak-an ug labing kusgan nga collider sa kalibutan nga nagmugna og mga bangga sa kusog nga 13 TeV (teraelectronvolts) nga mao ang pinakataas nga enerhiya nga naabot sa usa ka accelerator. Ang pagtuon sa mga byproduct sa mga bangga nakapauswag kaayo hangtod karon. Ang pagkadiskobre sa Higgs boson sa 2012 sa ATLAS ug CMS nga mga eksperimento sa Large Hadron Collider (LHC) usa ka milestone sa siyensya.
Ang sukod sa pagtuon sa interaksyon sa partikulo gitino sa kusog sa accelerator. Alang sa pagsuhid sa mas gagmay ug gagmay nga mga timbangan, ang usa nagkinahanglan og mga accelerator nga mas taas ug mas taas nga enerhiya. Busa, adunay kanunay nga pagpangita alang sa mas taas nga enerhiya nga mga accelerator kay sa kasamtangan nga magamit alang sa hingpit nga pagsuhid sa sumbanan nga modelo sa pisika sa partikulo ug imbestigasyon sa mas gagmay nga mga timbangan. Busa, ubay-ubay nga bag-ong mga accelerator nga mas taas nga enerhiya ang naa sa pipeline.
Ang High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) sa CERN, nga lagmit nga magamit sa 2029, gilaraw aron madugangan ang pasundayag sa LHC pinaagi sa pagdugang sa gidaghanon sa mga bangga aron tugutan ang pagtuon sa nahibal-an nga mga mekanismo sa labi ka detalyado. Sa laing bahin, ang Future Circular Collider (FCC) mao ang ambisyoso kaayo nga mas taas nga performance nga particle collider project sa CERN nga mga 100 km sa sirkumperensiya 200 metros ubos sa yuta ug mosunod gikan sa Large Hadron Collider (LHC). Ang pagtukod niini lagmit magsugod sa 2030s ug ipatuman sa duha ka yugto: FCC-ee (precision measurements) mahimong operational sa tunga-tunga sa 2040s samtang ang FCC-hh (high energy) magsugod sa operasyon sa 2070s. Kinahanglang tukion sa FCC ang paglungtad sa bag-o, mas bug-at nga mga partikulo, nga dili maabot sa LHC ug ang pagkaanaa sa mas gaan nga mga partikulo nga huyang kaayo nga nakig-interact sa mga partikulo sa Standard Model.
Busa, ang usa ka grupo sa mga partikulo nga nagbangga sa usa ka collider mao ang mga hadron sama sa mga proton ug nuclei nga mga komposit nga partikulo nga hinimo sa mga quark. Mabug-at kini ug gitugotan ang mga tigdukiduki nga maabot ang taas nga kusog sama sa kaso sa LHC. Ang ubang grupo kay sa mga lepton sama sa mga electron ug positron. Kini nga mga partikulo mahimo usab nga magbangga sama sa kaso sa Large Electron-Positron Collider (LEPC) ug SuperKEKB collider. Usa ka dakong isyu sa electron-positron based lepton collider mao ang dakong pagkawala sa enerhiya tungod sa synchrotron radiation kung ang mga partikulo napugos sa circular orbit nga mahimong mabuntog pinaagi sa paggamit sa muons. Sama sa mga electron, ang muon kay elementary nga partikulo apan 200 ka pilo nga mas bug-at kay sa mga electron busa mas menos ang pagkawala sa enerhiya tungod sa synchrotron radiation.
Dili sama sa hadron collider, ang muon collider makadagan gamit ang gamay nga enerhiya nga makahimo sa 10 TeV muon collider nga pareha sa 100 TeV hadron collider. Busa, ang muon collider mahimong mas may kalabotan human sa High Luminosity Large Hadron Collider (HL - LHC) para sa high energy physics experiments vis-a-vis FCC-ee, o CLIC (Compact Linear Collider) o ILC (Internasyonal nga Linear Collider). Tungod sa malungtarong mga timeline sa taas nga enerhiya sa umaabot nga mga bangga, ang muon collider mahimo lamang nga potensyal nga himan sa panukiduki sa pisika sa partikulo sa sunod nga tulo ka dekada. Ang mga muon mahimong mapuslanon alang sa ultra-tukma nga pagsukod sa anomalous magnetic moment (g-2) ug electric dipole moment (EDM) padulong sa eksplorasyon lapas sa standard model. Ang teknolohiya sa muon adunay mga aplikasyon usab sa daghang mga lugar sa panukiduki nga interdisiplinary.
Bisan pa, adunay mga teknikal nga hagit sa pag-amgo sa mga muon collider. Dili sama sa mga hadron ug mga electron nga dili madunot, ang muon adunay mubu nga kinabuhi nga 2.2 microseconds sa dili pa kini madunot ngadto sa usa ka electron ug neutrino. Apan ang kinabuhi sa muon nagdugang uban ang kusog nga nagpasabut sa pagkadunot niini mahimong ma-postpone kung paspas nga paspas. Apan ang pagpadali sa muon lisud sa teknikal tungod kay wala sila parehas nga direksyon o katulin.
Karong bag-o, ang mga tigdukiduki sa Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) milampos sa pagbuntog sa mga hagit sa teknolohiya sa muon. Nagmalampuson sila sa pagpadali sa usa ka positibo nga muon sa gibana-bana nga 4% sa katulin sa kahayag sa unang higayon sa kalibutan. Kini ang una nga pagpakita sa pagpabugnaw ug pagpadali sa positibo nga muon pagkahuman sa mga tuig nga padayon nga pag-uswag sa mga teknolohiya sa pagpabugnaw ug pagpadali.
Ang proton accelerator sa J-PARC makagama ug gibana-bana nga 100 ka milyon nga muon kada segundo. Gihimo kini pinaagi sa pagpadali sa mga proton nga duol sa katulin sa kahayag ug pagtugot niini nga maigo ang graphite aron mahimong mga pion. Ang mga muon naporma isip pagkadunot nga produkto sa mga pion.
Ang grupo sa panukiduki naghimo ug positibo nga mga muon nga adunay katulin nga mga 30% sa katulin sa kahayag ug gipusil kini sa silica aerogel. Ang gitugotan nga muon nga maghiusa sa mga electron sa silica airgel nga moresulta sa pagkaporma sa muonium (usa ka neyutral, sama sa atomo nga partikulo o pseudo atom nga naglangkob sa usa ka positibo nga muon sa sentro ug usa ka electron sa palibot sa positibo nga muon). Pagkahuman, ang mga electron gikuha gikan sa muonium pinaagi sa pag-irradiation sa laser nga naghatag positibo nga muon nga gipabugnaw sa hapit 0.002% sa katulin sa kahayag. Human niana, ang gipabugnaw nga positibong muon gipaspasan gamit ang radio-frequency electric field. Ang gipaspasan nga positibo nga muon sa ingon nahimo direksyon tungod kay nagsugod sila gikan sa duol sa zero nga nahimong labi ka direksyon nga muon beam ingon nga anam-anam nga gipadali nga moabot sa gibana-bana nga 4% sa katulin sa kahayag. Kini usa ka milestone sa muon acceleration technology.
Ang research team nagplano nga sa ngadtongadto mapadali ang positibong muon ngadto sa 94% sa gikusgon sa kahayag.
***
mga pakisayran:
- Unibersidad sa Oregon. Ang Unang Uniberso - Ngadto sa Sinugdanan ni Tim. Anaa sa https://pages.uoregon.edu/jimbrau/astr123/Notes/Chapter27.html
- CERN. Pagpadali sa siyensya - Muon collider. Anaa sa https://home.cern/science/accelerators/muon-collider
- J-PARC. Press release – Ang unang pagpabugnaw ug pagpatulin sa muon sa kalibutan. Gi-post 23 Mayo 2024. Anaa sa https://j-parc.jp/c/en/press-release/2024/05/23001341.html
- Aritome S., et al., 2024. Pagpadali sa mga positibo nga muon pinaagi sa usa ka radio-frequency nga lungag. Preprint sa arXiv. Gisumite niadtong 15 Oktubre 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367
***
Kaugalingon nga mga artikulo
Panguna nga mga partikulo Usa ka dali nga pagtan-aw. Quantum Entanglement tali sa "Top Quarks" sa Pinakataas nga Energies nga Naobserbahan (22 Septyembre 2024).
***
