Το μέλλον της φυσικής των σωματιδίων:προκλήσεις και προοπτικές μετά την ανακάλυψη Higgs

Η αρθρογράφος Natalie Wolchover κάνει check-in με σωματιδιακούς φυσικούς περισσότερο από μια δεκαετία αφότου το πεδίο εισήλθε σε βαθιά κρίση.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων δεν έχει βρει καμία νέα φυσική. Τώρα τι;

Kristina Armitage/Quanta Magazine

Εισαγωγή

Τον Ιούλιο του 2012, οι φυσικοί στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στην Ευρώπη ανακοίνωσαν θριαμβευτικά την ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς, του πολυπόθητου πείρου του υποατομικού κόσμου. Η αλληλεπίδραση με τα μποζόνια Higgs εμποτίζει άλλα στοιχειώδη σωματίδια με μάζα, με αποτέλεσμα να επιβραδύνουν αρκετά ώστε να συγκεντρωθούν σε άτομα, τα οποία στη συνέχεια συσσωρεύονται για να δημιουργήσουν οτιδήποτε άλλο.

Λίγους μήνες αργότερα, έπιασα δουλειά ως ο πρώτος επιτελικός ρεπόρτερ στο εκκολαπτόμενο επιστημονικό περιοδικό που θα γινόταν Quanta . Αποδεικνύεται ότι άρχιζα με το ρυθμό της φυσικής ακριβώς τη στιγμή που το δράμα άρχιζε.

Το δράμα δεν αφορούσε το σωματίδιο Higgs. από τη στιγμή που υλοποιήθηκε στο LHC, υπήρχαν ήδη ελάχιστες αμφιβολίες για την ύπαρξή του. Το Higgs ήταν το τελευταίο κομμάτι του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, του συνόλου των εξισώσεων της εποχής του 1970 που διέπουν τα 25 γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους.

Πιο εντυπωσιακό ήταν αυτό που δεν προέκυψε από τα δεδομένα.

Οι φυσικοί είχαν ξοδέψει δισεκατομμύρια ευρώ για την κατασκευή του υπερ-επιταχυντή μήκους 27 χιλιομέτρων, όχι μόνο για να επιβεβαιώσουν το Καθιερωμένο Μοντέλο, αλλά και για να το αντικαταστήσουν, αποκαλύπτοντας στοιχεία μιας πιο ολοκληρωμένης θεωρίας της φύσης. Το Καθιερωμένο μοντέλο δεν περιλαμβάνει σωματίδια που θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν σκοτεινή ύλη, για παράδειγμα. Δεν εξηγεί γιατί η ύλη κυριαρχεί έναντι της αντιύλης στο σύμπαν ή γιατί συνέβη εξ αρχής η Μεγάλη Έκρηξη. Έπειτα, υπάρχει η ανεξήγητα τεράστια διαφορά μεταξύ της μάζας του μποζονίου Higgs (που καθορίζει τη φυσική κλίμακα των ατόμων) και της πολύ υψηλότερης κλίμακας μάζας-ενέργειας που σχετίζεται με την κβαντική βαρύτητα, γνωστή ως κλίμακα Planck. Το χάσμα ανάμεσα στις φυσικές κλίμακες - τα άτομα είναι πολύ μεγαλύτερα από την κλίμακα Planck - φαίνεται ασταθές και αφύσικο. Το 1981, ο μεγάλος θεωρητικός Edward Witten σκέφτηκε μια λύση για αυτό το «πρόβλημα ιεραρχίας»:Η ισορροπία θα αποκατασταθεί με την ύπαρξη πρόσθετων στοιχειωδών σωματιδίων μόνο ελαφρώς βαρύτερων από το μποζόνιο Higgs. Οι συγκρούσεις του LHC θα έπρεπε να ήταν αρκετά ενεργητικές ώστε να τις προκαλούν.

Αλλά όταν τα πρωτόνια έτρεξαν αμφίδρομα γύρω από τη σήραγγα και συνετρίβη μετωπικά, ψεκάζοντας συντρίμμια στους γύρω ανιχνευτές, παρατηρήθηκαν μόνο τα 25 σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου. Δεν εμφανίστηκε τίποτα άλλο.

Η απουσία οποιασδήποτε «νέας φυσικής» - σωματιδίων ή δυνάμεων πέρα από τα γνωστά - πυροδότησε μια κρίση. "Φυσικά, είναι απογοητευτικό", μου είπε ο σωματιδιακός φυσικός Mikhail Shifman εκείνο το φθινόπωρο του 2012. "Δεν είμαστε θεοί. Δεν είμαστε προφήτες. Ελλείψει κάποιας καθοδήγησης από πειραματικά δεδομένα, πώς μαντεύετε κάτι για τη φύση;"

Από τη στιγμή που ο τυπικός συλλογισμός σχετικά με το πρόβλημα της ιεραρχίας αποδείχθηκε λανθασμένος, δεν υπήρχε καμία ένδειξη πού θα μπορούσε να βρεθεί νέα φυσική. Θα μπορούσε εύκολα να βρίσκεται πέρα ​​από τα πειράματα. Ο σωματιδιακός φυσικός Adam Falkowski μού προέβλεψε εκείνη την εποχή ότι, χωρίς τρόπο αναζήτησης βαρύτερων σωματιδίων, το πεδίο θα υποστεί αργή αποσύνθεση:«Ο αριθμός των εργασιών στη σωματιδιακή φυσική θα μειώνεται σταθερά και οι φυσικοί των σωματιδίων θα εξαφανίζονται φυσικά.»

Η κρίση και η επίδρασή της προκάλεσαν ενδιαφέροντα ρεπορτάζ για χρόνια, αλλά σίγουρα η συχνότητα των ειδήσεων που σχετίζονται με τη σωματιδιακή φυσική μειώθηκε. Έπεσα εκτός επαφής με πηγές. Περισσότερα από 13 χρόνια μετά, σε αυτήν την πρώτη στήλη για την Qualia, μια νέα σειρά δοκιμίων στο Quanta Magazine , κάνω τον απολογισμό. Πεθαίνει η σωματιδιακή φυσική, όπως προέβλεψε ο Falkowski; Μπορεί ακόμα να βρεθεί νέα φυσική; Ποιο είναι το μέλλον για τους σωματιδιακούς φυσικούς; Θα βοηθήσει η τεχνητή νοημοσύνη; Πόση ελπίδα απομένει στην αναζήτηση απαντήσεων στα πολλά εναπομείναντα μυστήρια του σύμπαντος;

Μερικοί φυσικοί σωματιδίων ενεργούν σαν να μην υπάρχει καθόλου κρίση. Το LHC εξακολουθεί να λειτουργεί και θα λειτουργεί για τουλάχιστον άλλη μια δεκαετία και οι χειριστές του βρίσκουν νέες πηγές ενθουσιασμού.

Τα τελευταία δύο χρόνια, ο χειρισμός δεδομένων στον επιταχυντή έχει βελτιωθεί με τη χρήση του AI. Τα συστήματα αναγνώρισης προτύπων μπορούν να ταξινομήσουν τα εξερχόμενα συντρίμμια των συγκρούσεων πρωτονίων και να ταξινομήσουν τα συμβάντα σύγκρουσης με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι μπορούν οι ανθρωπογενείς αλγόριθμοι. Αυτό βοηθά τους φυσικούς να μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια το «πλάτος σκέδασης», ουσιαστικά την πιθανότητα να συμβούν διαφορετικές αλληλεπιδράσεις σωματιδίων. Για παράδειγμα, τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης μπορούν να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πόσα κουάρκ κορυφής προκύπτουν μετά από συγκρούσεις σε σχέση με τον αριθμό των κουάρκ κάτω. Οποιεσδήποτε στατιστικές αποκλίσεις από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου θα μπορούσαν να υποδηλώνουν τη συμμετοχή άγνωστων στοιχειωδών σωματιδίων.

Μια σύγκρουση πρωτονίου-πρωτονίου που τεκμηριώθηκε από το Compact Muon Solenoid στο CERN το 2012 δείχνει στοιχεία της διάσπασης του μποζονίου Higgs.

Συνεργασία CMS; Mc Cauley, Thomas

Τα νέα σωματίδια τόσο παχιά όσο τα μποζόνια Higgs δεν θα ήταν τόσο λεπτά. θα είχαν ήδη εμφανιστεί ως έντονες προσκρούσεις σε γραφήματα δεδομένων. Αλλά όπως μου εξήγησε ο Matt Strassler, ένας σωματιδιακός φυσικός που συνδέεται με το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, τα ίχνη των ελαφρύτερων νέων σωματιδίων θα μπορούσαν ακόμα να βρίσκονται στις λεγόμενες κρυμμένες κοιλάδες των δεδομένων. «Υπάρχει μια τεράστια ποσότητα ανεξερεύνητης περιοχής εκεί», είπε. Μπορεί να υπάρχει, για παράδειγμα, ένας ασταθής τύπος σωματιδίου σκοτεινής ύλης που αφήνει το σημάδι του με το να εμφανίζεται περιστασιακά και να διασπάται αμέσως σε έναν υπερβολικό αριθμό ζευγών μιονίου-αντιμουονίου. Η ανίχνευση μιας τέτοιας περίσσειας θα έδειχνε έμμεσα την ύπαρξη του ασταθούς σωματιδίου. «Για τους ανθρώπους που πίστευαν ότι όλη η νέα φυσική είναι σε υψηλές ενέργειες - είναι πολύ απογοητευμένοι αυτή τη στιγμή», είπε ο Strassler. "Δεν συμμερίζομαι αυτήν την άποψη. Υπάρχουν πολλές ευκαιρίες για τη φύση να παρέχει ενδείξεις σε χαμηλές ενέργειες."

Μέχρι στιγμής, ωστόσο, δεν έχουν εντοπιστεί τέτοιες έμμεσες ενδείξεις νέας φυσικής. Όσο πιο ακριβή είναι τα στατιστικά στοιχεία στο LHC, τόσο καλύτερα ταιριάζουν με το Καθιερωμένο Μοντέλο. Ο Michelangelo Mangano, φυσικός σωματιδίων στο CERN, το εργαστήριο που στεγάζει τον LHC, είπε ότι ο επιταχυντής σήμερα είναι σαν ένα εργαλείο για την εξερεύνηση των προβλέψεων του Καθιερωμένου Μοντέλου και θεωρεί ότι αυτή η εξερεύνηση αξίζει τον κόπο επειδή δεν είναι εύκολο να υπολογιστούν όλες οι συνέπειες των εξισώσεων. Η αναζήτηση νέας φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο συνεχίζεται, είπε ο Mangano, αλλά «το γεγονός ότι δεν δίνει θετικά αποτελέσματα δεν σημαίνει ότι είμαστε κολλημένοι, νεκροί ή χάνουμε το χρόνο μας».

Αυτές οι ερωτήσεις είναι τόσο θεμελιώδεις που, φυσικά, αξίζει να καταγράψουμε κάθε πλάτος και να ελέγξουμε κάθε κρυφή κοιλάδα, αφού έχουμε το εργαλείο για τη δουλειά. Αλλά για τους κυνηγούς της νέας φυσικής, το παιχνίδι τελειώνει εκεί;

Η κοινότητα θέλει να μεγαλώσει. Οι φυσικοί του CERN θέλουν να κατασκευάσουν έναν μελλοντικό κυκλικό επιταχυντή, τριπλασιάζοντας την περιφέρεια του LHC με μια σήραγγα 91 χιλιομέτρων κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα, για να ανιχνεύσει υψηλότερες ενέργειες και να αναζητήσει πιο λεπτά σήματα. Αυτό το FCC θα συγκρούονταν αρχικά με ηλεκτρόνια, τα οποία, σε αντίθεση με τα πρωτόνια, είναι τα ίδια στοιχειώδη σωματίδια, χωρίς υποδομή. Οι καθαρές συγκρούσεις τους θα επέτρεπαν πιο ακριβείς μετρήσεις των πλατών σκέδασης, καθιστώντας το FCC υπερευαίσθητο σε έμμεσα σημάδια της νέας φυσικής. Μέχρι το τέλος του αιώνα, ο μέγα-επιταχυντής θα αναβαθμιζόταν σε πρωτόνια σύγκρουσης, όπως κάνει τώρα ο LHC. Οι συγκρούσεις πρωτονίων είναι πιο βρώμικες, αλλά στο FCC θα επιτύγχαναν πρωτοφανείς ενέργειες - περίπου επτά φορές υψηλότερες από αυτές που μπορεί να συγκεντρώσει ο LHC επί του παρόντος - έτσι ώστε να έχουν μια ευκαιρία, όσο μικρή κι αν είναι, να αποκαλύψουν βαριά σωματίδια πέρα ​​από την εμβέλεια του LHC. (Θεωρητικά, οι μάζες των σωματιδίων θα μπορούσαν να κυμαίνονται έως και ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από αυτό που μπορεί να παράγει άμεσα η κλίμακα ενέργειας LHC, επομένως δεν υπάρχει λόγος να τις περιμένουμε γύρω από την επόμενη στροφή.)

Προς το παρόν, η τύχη της FCC είναι άγνωστη. Οι επίσημες δεσμεύσεις έγκρισης και χρηματοδότησης από τα κράτη μέλη δεν θα γίνουν πριν από το 2028.

Εν τω μεταξύ, οι φυσικοί των σωματιδίων των ΗΠΑ στοχεύουν να συμπληρώσουν την ευρωπαϊκή στρατηγική κατασκευάζοντας έναν ολοκαίνουργιο τύπο μηχανής:έναν επιταχυντή μιονίων. Τα μιόνια είναι στοιχειώδη όπως τα ηλεκτρόνια, αλλά είναι 200 ​​φορές βαρύτερα, επομένως οι συγκρούσεις τους θα είναι καθαρές και ενεργητικές (αν και δεν φθάνουν τις ενέργειες σύγκρουσης του LHC). Τόσο το σημείο πώλησης όσο και η πρόκληση αυτού του νέου τύπου μηχανής είναι ότι θα απαιτήσει σημαντικές τεχνικές καινοτομίες (με όλες τις δυνατότητες spin-off που μπορεί να φέρει), επειδή τα μιόνια είναι εξαιρετικά ασταθή. Πρέπει να επιταχυνθούν και να συγκρουστούν μόλις μικροδευτερόλεπτα μετά τη δημιουργία τους.

Η επίδειξη της τεχνολογίας και στη συνέχεια η κατασκευή του επιταχυντή θα χρειαζόταν περίπου 30 χρόνια, και αυτό με ομοσπονδιακή χρηματοδότηση. «Πρέπει να καταλάβουμε πώς να το κάνουμε μεταξύ 10 και 20 δισεκατομμυρίων [δολαρίων]», είπε η Maria Spiropulu, καθηγήτρια φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και συμπρόεδρος της επιτροπής πίσω από μια εθνική έκθεση που εγκρίνει ένα πρόγραμμα επιταχυντή μιονίων που κυκλοφόρησε τον Ιούνιο του 2025. Τα επόμενα χρόνια, το Υπουργείο Ενέργειας θα εξετάσει το ενδεχόμενο χρηματοδότησης της επιστημονικής πρότασης. Αυτό που βλάπτει την περίπτωσή του είναι η έλλειψη «εγγύησης ανακάλυψης», την οποία είχε ο LHC με το μποζόνιο Higgs.

Επιστήμονες και τεχνικοί επιθεώρησαν και αναβάθμισαν συστήματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων κατά τη διάρκεια του Long Shutdown 2, που ξεκίνησε το 2018.

Maximilien Brice/CERN

Και πάλι, όπως σκέφτηκε ο μαθηματικός φυσικός Peter Woit στο ιστολόγιό του, «Ίσως στη νέα μας παγκόσμια τάξη πραγμάτων όπου τα πάντα ελέγχονται από τρισεκατομμυριούχους αδερφούς τεχνολογίας, η χρηματοδότηση δεν θα είναι πρόβλημα».

Οι συζητήσεις σχετικά με έναν κινεζικό υπερ-επιταχυντή έχουν καταλήξει, μου είπαν. Αντίθετα, η Κίνα αποφάσισε να επιδιώξει μια «εγκατάσταση σούπερ-ταου-γοητείας»:ένα πείραμα σκέδασης σωματιδίων χαμηλότερης ενέργειας που θα κόστιζε απλώς εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια αντί για δεκάδες δισεκατομμύρια. Η εγκατάσταση θα παράγει πολλά σωματίδια ταυ και κουάρκ γοητείας, εν μέρει για να μελετήσει εάν ο ταύς θα μετατοπιστεί ποτέ σε μιόνια ή ηλεκτρόνια. Αυτό το είδος εναλλαγής δεν προβλέπεται από το Καθιερωμένο μοντέλο, αλλά συμβαίνει σε ορισμένες θεωρητικές επεκτάσεις του.

Εντάξει, μπορούμε επίσης να ελέγξουμε. Είμαστε απελπισμένοι για νέα φυσική και η τιμή είναι καλή. Αλλά εξ ορισμού είναι πολύ δύσκολο να γνωρίζουμε ποιες λήψεις στο σκοτάδι αξίζει να τραβήξετε.

Ο Άνταμ Φαλκόφσκι, ο οποίος έκρουσε τον θάνατο για τη σωματιδιακή φυσική το 2012, ήταν γνωστός για τον αιχμηρό σχολιασμό που παρείχε στο ιστολόγιό του Résonaances. Ωστόσο, ο φυσικός σωματιδίων με έδρα το Παρίσι δεν έχει δημοσιεύσει τίποτα από το 2022. Είπε ότι αυτό οφείλεται εν μέρει επειδή έχει συνδεθεί με την πατρότητα και εν μέρει επειδή δεν υπάρχουν πολλά να πει.

Όταν λάβαμε μια βιντεοκλήση, ο Falkowski μου είπε:"Είμαι πολύ δύσπιστος για τους μελλοντικούς συγκρουόμενους. Για μένα είναι πολύ δύσκολο να ενθουσιαστώ με αυτό." Βλέπει δυναμική πίσω από την εκστρατεία FCC του CERN, αλλά προσωπικά ανησυχεί για το τεράστιο κόστος και τα χρονοδιαγράμματα και το γεγονός ότι «δεν υπάρχουν απολύτως ενδείξεις ότι κάτι υπάρχει εκεί κοντά στον επόμενο συγκρουόμενο».

Από την πλευρά του, ο Falkowski έχει στραφεί στη θεωρητική μελέτη των πλατών σκέδασης, μια αναπτυσσόμενη ερευνητική περιοχή που επικεντρώνεται στα γεωμετρικά μοτίβα που κρύβονται κάτω από τις στατιστικές αλληλεπίδρασης σωματιδίων, μοτίβα που θα μπορούσαν να δείχνουν μια πιο αληθινή προοπτική στον κβαντικό κόσμο. Το πεδίο επιδιώκει να αναδιατυπώσει τις εξισώσεις της σωματιδιακής φυσικής σε μια διαφορετική μαθηματική γλώσσα με την ελπίδα ότι αυτή η γλώσσα μπορεί να επεκταθεί στην κβαντική βαρύτητα. «Υπάρχει ένα πολύ ζωντανό πρόγραμμα στην προσπάθεια κατανόησης της δομής των φυσικών θεωριών», είπε ο Falkowski. "Η ελπίδα είναι ότι με τη βοήθεια της μηχανικής μάθησης, μπορεί να υπάρξει πολύ γρήγορη πρόοδος τα επόμενα χρόνια. Νομίζω ότι εκεί έχουν συμβεί τα καλύτερα πράγματα."

Αλλά η πλατυδεολογία, όπως είναι γνωστό αυτό το πεδίο, είναι αφηρημένη - δεν είναι πείραμα που συνθλίβει τα άτομα. Ο Falkowski είπε ότι πιστεύει ότι η πειραματική σωματιδιακή φυσική πεθαίνει. Έχει παρακολουθήσει ταλαντούχους μεταδιδακτορικούς να αλλάζουν σε άλλους ερευνητικούς τομείς ή να αναλαμβάνουν εργασίες επιστήμης δεδομένων. "Δεν είμαι σίγουρος ότι παίρνουν το καλύτερο από τα καλύτερα όπως παλιά", είπε, "γιατί οι προοπτικές επιστροφών είναι τόσο μακρινές. Εάν θέλετε να αλλάξετε τον κόσμο τώρα, θα κάνετε AI, θα κάνετε κάτι διαφορετικό από τη σωματιδιακή φυσική."

Ο ανιχνευτής ALICE (A Large Ion Collider Experiment) στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων σχεδιάστηκε για να μελετά το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων.

CERN, Julien Marius Ordan/Science Source

Αυτή η διαρροή εγκεφάλων φαίνεται να είναι πραγματική. Μίλησα με τον Jared Kaplan, συνιδρυτή της Anthropic, της εταιρείας πίσω από το chatbot Claude. Ήταν φυσικός την τελευταία φορά που μιλήσαμε. Ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Χάρβαρντ τη δεκαετία του 2000, συνεργάστηκε με τον διάσημο θεωρητικό Nima Arkani-Hamed για να ανοίξει τις νέες κατευθύνσεις στην έρευνα πλάτους που επιδιώκονται ενεργά σήμερα. Αλλά ο Kaplan εγκατέλειψε το πεδίο το 2019. «Άρχισα να εργάζομαι πάνω στην τεχνητή νοημοσύνη γιατί μου φαινόταν εύλογο ότι… η τεχνητή νοημοσύνη επρόκειτο να σημειώσει πρόοδο γρηγορότερα από σχεδόν οποιονδήποτε τομέα στην επιστήμη ιστορικά», είπε. Η τεχνητή νοημοσύνη θα ήταν "το πιο σημαντικό πράγμα που θα συμβεί όσο είμαστε ζωντανοί, ίσως ένα από τα πιο σημαντικά πράγματα που θα συμβεί στην ιστορία της επιστήμης. Και έτσι φαινόταν προφανές ότι έπρεπε να το δουλέψω."

Όσον αφορά το μέλλον της σωματιδιακής φυσικής, η τεχνητή νοημοσύνη καθιστά την ανησυχία για αυτήν τώρα μάλλον άσκοπη, κατά την άποψη του Kaplan. "Πιστεύω ότι είναι κάπως άσχετο το τι σχεδιάζουμε σε 10ετή χρονική κλίμακα, γιατί αν κατασκευάζουμε έναν επιταχυντή σε 10 χρόνια, η τεχνητή νοημοσύνη θα κατασκευάσει τον επιταχυντή· οι άνθρωποι δεν θα τον κατασκευάσουν. Θα έδινα περίπου 50% πιθανότητα σε δύο ή τρία χρόνια, οι θεωρητικοί φυσικοί να αντικατασταθούν ως επί το πλείστον με άτομα όπως η τεχνητή νοημοσύνη ή η τεχνητή νοημοσύνη. θα παράγουν έγγραφα που είναι τόσο καλά όσο και τα χαρτιά τους αρκετά αυτόνομα… Έτσι, ο προγραμματισμός πέρα από αυτό το χρονοδιάγραμμα δύο ετών δεν είναι πραγματικά κάτι που το σκέφτομαι πολύ.»

Ο Cari Cesarotti, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στην ομάδα θεωριών στο CERN, είναι δύσπιστος για αυτό το μέλλον. Παρατηρεί τα λάθη των chatbots και πώς έχουν γίνει πολύ δεκανίκι για τους φοιτητές φυσικής. «Η τεχνητή νοημοσύνη κάνει τους ανθρώπους χειρότερους στη φυσική», είπε. "Αυτό που χρειαζόμαστε είναι άνθρωποι να διαβάζουν σχολικά βιβλία και να καθίσουν και να σκεφτούν νέες λύσεις στο πρόβλημα της ιεραρχίας."

Ο Cesarotti ήταν μαθητής γυμνασίου όταν ανακαλύφθηκε το μποζόνιο Higgs. Μεγάλωσε κοντά στο Fermilab, το εθνικό εργαστήριο των ΗΠΑ στο Ιλινόις που στεγάζει το Tevatron, το οποίο ήταν ο επιταχυντής σωματιδίων με την υψηλότερη ενέργεια στον κόσμο πριν από τον LHC. (Το κορυφαίο κουάρκ ανακαλύφθηκε εκεί το 1995.) Αυτή η εγγύτητα της δίδαξε ότι ένας φυσικός σωματιδίων ήταν κάτι που θα μπορούσες να γίνεις. Αργότερα, αποδείχθηκε ότι ήταν αυτή πράγμα. «Ποια είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του σύμπαντος — αυτές ήταν οι ερωτήσεις στις οποίες με ενδιέφερε περισσότερο να μάθω την απάντηση», μου είπε. "Αλλά αυτό που είπαν οι άνθρωποι ήταν, "Η σωματιδιακή φυσική είναι νεκρή. Μην το κάνετε αυτό."

Μπορεί να ήταν μια δίκαιη προειδοποίηση. Ο Cesarotti δεν έχει ακόμη βρει μια μόνιμη δουλειά ως ανερχόμενος φυσικός σωματιδίων. Το υποπεδίο συνέχισε να συρρικνώνεται, είπε η ίδια και άλλοι, καθώς οι επιτροπές πρόσληψης καθηγητών και οι πτυχιούχοι πηγαίνουν προς άλλες κατευθύνσεις. «Σίγουρα όλη αυτή η ρητορική ότι δεν υπήρχε τίποτα να βρεθεί και πρέπει να την εγκαταλείψετε – ο κόσμος άκουσε», είπε. "Και φυσικά αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν λιγότεροι άνθρωποι. Γίνεται μια αυτοεκπληρούμενη προφητεία. Εάν σπρώχνετε όλους αυτούς τους ταλαντούχους ανθρώπους από την προσπάθεια επίλυσης αυτών των προβλημάτων σε έναν τομέα στον οποίο είναι πιο εύκολο να επηρεαστείτε, τότε προετοιμάζετε τον εαυτό σας για αποτυχία."

Ο Cesarotti απηχούσε ένα συναίσθημα που είχα ακούσει από άλλους, το οποίο ακούγεται σωστό και σε εμένα:«Η σωματιδιακή φυσική δεν έχει πεθάνει, είναι απλώς σκληρή». Είναι δύσκολο να ξέρεις τι να σκεφτείς ή να ψάξεις. Αλλά οι πιο αφοσιωμένοι φυσικοί των σωματιδίων σκέφτονται και φαίνονται το ίδιο.

«Ήταν εύκολο για 125 χρόνια», είπε ο Strassler. "Το ένα πράγμα οδήγησε στο επόμενο. Αυτός ο τυχερός αιώνας, προς το παρόν, τουλάχιστον μεσοπρόθεσμα, έφτασε στο τέλος του. Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει αύριο, ή τον επόμενο αιώνα, ή ποιος ξέρει."

Μια υπόδειξη ενός νέου ελαφρού σωματιδίου θα μπορούσε, θεωρητικά, να εμφανιστεί στον LHC ή σε κάποιο άλλο πείραμα. Ο Strassler είναι ιδιαίτερα ενθουσιασμένος με τη μελέτη της διάσπασης του ραδιενεργού θορίου-229, η οποία θα μπορούσε να αποκαλύψει παραλλαγές στις θεμελιώδεις σταθερές. Είμαι ελαφρώς επιφυλακτικός σε πειράματα που αναζητούν "αξόνια", υποψήφια σκοτεινή ύλη που είναι τόσο ελαφριά που μπορούν να λειτουργήσουν λίγο σαν το ίδιο το φως.

Από την πλευρά της θεωρίας, μια προφανής λύση στο πρόβλημα της ιεραρχίας θα μπορούσε φυσικά να πέσει έξω από τη γεωμετρία πίσω από τα πλάτη σκέδασης. Ή, αν ο Kaplan έχει δίκιο, τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης μπορεί κάποια μέρα να προτείνουν ισχυρές νέες ιδέες για το πώς τα 25 σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου ταιριάζουν σε ένα πιο ολοκληρωμένο μοτίβο — μια πιθανότητα που δεν είχα προβλέψει όταν ξεκίνησε η κρίση.

Σαφώς, περαιτέρω πρόοδος προς την αλήθεια παραμένει δυνατή στη σωματιδιακή φυσική. Αλλά δεν υπάρχει εγγύηση ανακάλυψης. Είχα περισσότερα από 13 χρόνια για να το σκεφτώ και παραμένει μια ανησυχητική προοπτική:όλες οι εμπειρικές ενδείξεις που μπορούμε να συλλέξουμε για τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης και τα δομικά στοιχεία μπορεί να είναι ήδη διαθέσιμα. Το σύμπαν μπορεί να σχεδιάζει να κρατήσει τα υπόλοιπα μυστικά του.

Το ενημερωτικό δελτίο Quanta

Λάβετε highlights από τις πιο σημαντικές ειδήσεις που παραδίδονται στα εισερχόμενά σας στο email σας

Επίσης στη Φυσική

Σχόλιο σε αυτό το άρθρο

Επόμενο άρθρο

Το νετρίνο τέρας θα μπορούσε να είναι αγγελιοφόρος των αρχαίων μαύρων τρυπών