Particle accelerators yog siv los ua cov cuab yeej tshawb fawb rau kev kawm txog lub ntiaj teb thaum ntxov. Hadron colliders (tshwj xeeb tshaj yog CERN's Loj Hadron Collider LHC) thiab electron-positron colliders yog nyob rau hauv pem hauv ntej hauv kev tshawb nrhiav lub ntiaj teb thaum ntxov. Qhov kev sim ATLAS thiab CMS ntawm Loj Hadron Collider (LHC) tau ua tiav hauv kev tshawb pom Higgs boson xyoo 2012. Muon collider tuaj yeem siv ntau hauv cov kev tshawb fawb no tab sis nws tseem tsis tau muaj tseeb. Cov kws tshawb fawb tam sim no tau ua tiav hauv kev ua kom muaj qhov zoo muon rau kwv yees li 4% ntawm qhov ceev ntawm lub teeb. Qhov no yog lub ntiaj teb thawj qhov txias thiab acceleration ntawm muon. Raws li cov ntaub ntawv pov thawj-ntawm-lub tswv yim ua qauv qhia, qhov no yog txoj hauv kev rau kev ua tiav ntawm thawj muon accelerator nyob ze yav tom ntej.
Lub ntiaj teb thaum ntxov tam sim no tau kawm los ntawm James Webb Space Telescope (JWST). Kev mob siab rau txoj kev kawm ntawm lub ntiaj teb thaum ntxov, JWST ua li ntawd los ntawm kev khaws cov teeb pom kev zoo / infrared los ntawm cov hnub qub thaum ntxov thiab cov galaxies tsim hauv lub Ntiaj Teb tom qab lub Big Bang. Tsis ntev los no, JWST tau ua tiav pom lub galaxy nyob deb tshaj plaws JADES-GS-z14-0 tsim nyob rau hauv lub ntiaj teb thaum ntxov txog 290 lab xyoo tom qab lub Big Bang.
Muaj peb theem ntawm lub ntiaj teb - hluav taws xob era, teeb meem era thiab tam sim no lub zog tsaus nti. Los ntawm lub Big Bang mus txog 50,000 xyoo, lub ntiaj teb twb dominated los ntawm hluav taws xob. Qhov no tau ua raws li qhov teeb meem era. Lub sijhawm galactic ntawm lub sijhawm teeb meem uas kav ntev li ntawm 200 lab xyoo tom qab lub Big Bang mus txog 3 billion xyoo tom qab lub Big Bang tau tshwm sim los ntawm kev tsim cov qauv loj xws li galaxies. Lub sijhawm no feem ntau hu ua "thaum ntug ntug" uas JWST kawm.
"Lub ntiaj teb thaum ntxov heev" yog hais txog lub sijhawm ntxov tshaj plaws ntawm lub ntiaj teb tsis ntev tom qab lub Big Bang thaum nws kub heev thiab tau ua tiav los ntawm cov hluav taws xob. Lub sijhawm Plank yog thawj lub sijhawm ntawm lub sijhawm hluav taws xob uas tau los ntawm Big Bang mus rau 10.-43 s. Nrog rau qhov kub thiab txias ntawm 1032 K, lub ntiaj teb tau kub heev nyob rau lub sijhawm no. Lub sijhawm Planck tau ua raws li Quark, Lepton, thiab Nuclear epochs; tag nrho cov nyob luv luv tab sis tus cwj pwm los ntawm qhov kub siab heev uas maj mam txo thaum lub ntug nthuav dav.
Kev kawm ncaj qha ntawm lub sijhawm ntxov tshaj plaws ntawm lub ntiaj teb no tsis tuaj yeem ua tau. Dab tsi tuaj yeem ua tau yog rov tsim cov xwm txheej ntawm thawj peb feeb ntawm lub ntiaj teb tom qab Big Bang nyob rau hauv cov particle accelerators. Cov ntaub ntawv tsim los ntawm kev sib tsoo ntawm cov khoom hauv accelerators / colliders muab lub qhov rais tsis ncaj rau lub ntiaj teb thaum ntxov.
Colliders yog cov cuab yeej tshawb fawb tseem ceeb hauv particle physics. Cov no yog cov voj voog lossis cov tshuab tawm uas ua kom cov khoom mus rau qhov nrawm heev ze rau qhov ceev ntawm lub teeb thiab tso cai rau lawv sib tsoo tawm tsam lwm cov khoom los ntawm cov kev taw qhia los yog tawm tsam lub hom phiaj. Kev sib tsoo ua rau muaj qhov kub thiab txias heev nyob rau hauv qhov kev txiav txim ntawm trillions ntawm Kelvin (zoo ib yam li cov xwm txheej tam sim no nyob rau hauv lub sijhawm ntxov tshaj plaws ntawm radiataion era). Lub zog ntawm kev sib tsoo cov khoom sib txuas ntxiv yog li kev sib tsoo lub zog siab dua uas tau hloov mus rau hauv cov teeb meem hauv daim ntawv ntawm cov khoom loj heev uas muaj nyob rau hauv lub ntiaj teb thaum ntxov raws li qhov loj-zog symmetry. Xws li kev sib cuam tshuam ntawm cov khoom siv hluav taws xob siab hauv cov xwm txheej uas muaj nyob rau hauv lub ntiaj teb thaum ntxov ua rau lub qhov rais mus rau lub ntiaj teb uas tsis tuaj yeem nkag tau ntawm lub sijhawm ntawd thiab kev tshuaj xyuas ntawm cov khoom siv los ntawm kev sib tsoo muaj txoj hauv kev kom nkag siab txog kev tswj hwm txoj cai ntawm physics.
Tej zaum, cov piv txwv nto moo tshaj plaws ntawm kev sib tsoo yog CERN's Loj Hadron Collider (LHC) viz., loj loj colliders qhov twg hadrons (composite hais los ntawm quarks nkaus xwb xws li protons thiab neutrons) collide. Nws yog qhov loj tshaj plaws thiab muaj zog sib tsoo loj tshaj plaws nyob rau hauv lub ntiaj teb uas tsim kev sib tsoo ntawm lub zog ntawm 13 TeV (teraelectronvolts) uas yog lub zog siab tshaj plaws tau txais los ntawm lub accelerator. Kev tshawb fawb los ntawm cov khoom ntawm kev sib tsoo tau zoo heev kom txog rau tam sim no. Kev tshawb pom ntawm Higgs boson hauv 2012 los ntawm ATLAS thiab CMS kev sim ntawm Loj Hadron Collider (LHC) yog qhov tseem ceeb hauv kev tshawb fawb.
Qhov ntsuas ntawm kev kawm ntawm kev sib cuam tshuam particle yog txiav txim siab los ntawm lub zog ntawm lub accelerator. Rau kev tshawb nrhiav ntawm cov nplais me me thiab me me, ib qho yuav tsum tau ua kom lub zog ntau dua thiab siab dua. Yog li, ib txwm muaj kev tshawb nrhiav rau cov khoom siv hluav taws xob ntau dua li tam sim no muaj rau kev tshawb nrhiav tag nrho ntawm tus qauv qauv ntawm particle physics thiab tshawb xyuas ntawm cov nplai me. Yog li ntawd, ob peb lub zog tshiab accelerators yog tam sim no nyob rau hauv pipeline.
CERN's High-Luminosity Loj Hadron Collider (HL - LHC), uas yuav ua haujlwm tau zoo los ntawm 2029, yog tsim los txhawb kev ua tau zoo ntawm LHC los ntawm kev ua kom muaj kev sib tsoo ntau ntxiv kom tso cai rau kev kawm paub txog cov txheej txheem ntau dua. Ntawm qhov tod tes, Yav Tom Ntej Circular Collider (FCC) yog CERN qhov kev ua tau zoo siab dua qhov kev sib tsoo qhov project uas yuav yog kwv yees li 100 km hauv ib ncig ntawm 200 meters hauv qab av thiab yuav ua raws li los ntawm Loj Hadron Collider (LHC). Nws txoj kev tsim kho zoo li yuav pib hauv 2030s thiab yuav raug siv ua ob theem: FCC-ee (kev ntsuas qhov tseeb) yuav ua haujlwm los ntawm nruab nrab-2040s thaum FCC-hh (siab zog) pib ua haujlwm hauv 2070s. FCC yuav tsum tshawb nrhiav qhov muaj nyob ntawm cov khoom tshiab, hnyav dua, dhau mus txog ntawm LHC thiab muaj cov khoom sib zog uas cuam tshuam tsis zoo rau cov qauv qauv.
Yog li, ib pawg ntawm cov khoom uas sib tsoo hauv ib qho kev sib tsoo yog hadrons xws li protons thiab nuclei uas yog cov khoom sib xyaw ua los ntawm quarks. Cov no hnyav thiab tso cai rau cov kws tshawb fawb kom ncav cuag lub zog siab xws li LHC. Lwm pawg yog lepton xws li electrons thiab positrons. Cov khoom no tuaj yeem sib tsoo zoo li hauv rooj plaub loj Electron-Positron Collider (LEPC) thiab SuperKEKB collider. Ib qho teeb meem loj nrog electron-positron raws li lepton collider yog lub zog loj poob vim yog hluav taws xob synchrotron thaum cov khoom raug quab yuam nyob rau hauv lub voj voog uas tuaj yeem kov yeej los ntawm kev siv muons. Zoo li cov hluav taws xob, muons yog cov ntsiab lus tseem ceeb tab sis yog 200 lub sij hawm hnyav dua li cov hluav taws xob li no ntau tsawg zog vim yog hluav taws xob synchrotron.
Tsis zoo li hadron colliders, muon collider tuaj yeem khiav siv lub zog tsawg dua uas ua rau 10 TeV muon collider ntawm par nrog 100 TeV hadron collider. Yog li, muon colliders yuav dhau los ua qhov cuam tshuam ntau dua tom qab-High Luminosity Loj Hadron Collider (HL - LHC) rau kev sim lub zog siab zog vis-a-vis FCC-ee, lossis NYEM (Compact Linear Collider) los yog ILC (International Linear Collider). Muab ncua sij hawm ncua sij hawm ntawm lub zog siab rau yav tom ntej colliders, muon colliders tsuas yog muaj peev xwm tshawb fawb cov cuab yeej hauv particle physics rau peb lub xyoo tom ntej. Muons tuaj yeem muaj txiaj ntsig zoo rau kev ntsuas qhov tseeb ntawm lub sijhawm sib nqus sib nqus (g-2) thiab lub sijhawm hluav taws xob dipole (EDM) rau kev tshawb nrhiav dhau tus qauv qauv. Muon thev naus laus zis muaj cov ntawv thov tseem nyob hauv ntau qhov chaw tshawb fawb kev kawm.
Txawm li cas los xij, muaj kev sib tw hauv kev paub txog muon colliders. Tsis zoo li hadrons thiab electrons uas tsis lwj, muons muaj lub neej luv ntawm tsuas yog 2.2 microseconds ua ntej nws lwj mus rau hauv ib qho hluav taws xob thiab neutrinos. Tab sis muon lub neej nce nrog lub zog implying nws txoj kev lwj tuaj yeem ncua yog tias nrawm nrawm. Tab sis accelerating muons yog technically nyuaj vim hais tias lawv tsis muaj tib txoj kev coj los yog ceev.
Tsis ntev los no, cov kws tshawb fawb ntawm Nyiv Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) tau ua tiav hauv kev kov yeej cov teeb meem muon technology. Lawv tau ua tiav hauv kev ua kom muaj qhov zoo muon rau kwv yees li 4% ntawm qhov ceev ntawm lub teeb thawj zaug hauv ntiaj teb. Qhov no yog thawj zaug ua qauv qhia txog kev txias thiab acceleration ntawm zoo muon tom qab xyoo tas mus li kev loj hlob ntawm cov cua txias thiab acceleration technologies.
Lub proton accelerator ntawm J-PARC tsim kwv yees li 100 lab muons ib ob. Qhov no yog ua los ntawm kev ua kom cov protons nyob ze ntawm qhov ceev ntawm lub teeb thiab cia nws ntaus graphite los ua pions. Muons yog tsim los ua lwj khoom ntawm pions.
Pab pawg tshawb fawb tau tsim cov muons zoo uas muaj qhov ceev ntawm li 30% qhov ceev ntawm lub teeb thiab tua lawv rau hauv silica aerogel. Cov muons tso cai rau ua ke nrog cov hluav taws xob hauv silica airgel uas ua rau tsim muonium (ib qho nruab nrab, atom zoo li particle lossis pseudo atom uas muaj qhov zoo muon ntawm qhov chaw thiab ib qho hluav taws xob nyob ib ncig ntawm qhov zoo muon). Tom qab ntawd, electrons raug tshem tawm los ntawm muonium los ntawm irradiation los ntawm laser uas muab zoo muons txias rau ib ncig ntawm 0.002% ntawm qhov ceev ntawm lub teeb. Tom qab ntawd, qhov txias zoo muons tau nrawm siv lub xov tooj cua zaus hluav taws xob. Lub nrawm zoo muons yog li tsim tau taw qhia vim tias lawv pib los ntawm zero los ua cov kab teeb pom kev zoo heev raws li tau maj nrawm mus txog kwv yees li 4% ntawm qhov ceev ntawm lub teeb. Qhov no yog ib qho tseem ceeb hauv muon acceleration technology.
Pab neeg tshawb fawb npaj yuav ua kom cov muons zoo rau 94% ntawm qhov ceev ntawm lub teeb.
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References:
- University of Oregon. Lub Ntiaj Teb Thaum Ntxov - Mus Rau Pib Tim. Muaj nyob ntawm https://pages.uoregon.edu/jimbrau/astr123/Notes/Chapter27.html
- CERN. Accelerating science – Muon sib tsoo. Muaj nyob ntawm https://home.cern/science/accelerators/muon-collider
- J-PARC. Xovxwm tshaj tawm – Ntiaj teb thawj qhov txias thiab acceleration ntawm muon. Tshaj tawm 23 Tsib Hlis 2024. Muaj nyob ntawm https://j-parc.jp/c/en/press-release/2024/05/23001341.html
- Aritome S., et al., 2024. Acceleration of positive muons by a radio-frequency kab noj hniav. Preprint at arXiv. Xa rau 15 Lub Kaum Hli 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367
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Lwm yam khoom
Qhov tseem ceeb hais Ib qho yooj yim saib. Quantum Entanglement ntawm "Sab saum toj Quarks" ntawm Lub Siab Tshaj Lij Pom Zoo (22 Lub Cuaj Hli 2024).
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