Что представляют собой физические эксперименты следующего поколения? [закрыто]

Большая часть «развивающейся большой науки» направлена ​​на астрофизику и космологию. Массив квадратных километров (SKA) и Европейский сверхбольшой телескоп (E-ELT) являются двумя ведущими объектами наземной астрономии в будущем. Оба планируется ввести в эксплуатацию в двадцатых годах этого века.

СКА - впечатление художника (источник: Википедия). С площадью сбора около 1 км ^ 2 он затмит все другие радиотелескопы.

E-ELT — впечатление художника с добавлением VLT и Colloseum для масштаба (источник: Википедия)

Я очень взволнован результатами Fermilab и J-PARC по измерению$(g-2)_\mu$, то есть аномальный магнитный момент мюона. Текущее значение$g-2$является

• Результат эксперимента неверен: ошибки занижены или в измерении есть необнаруженные систематические ошибки.

• Теоретический расчет неверен: существует много исследований адронных вкладов, потому что их очень трудно оценить из первых принципов. Существует (ИМХО, высокая) вероятность того, что адронный вклад рассчитан неправильно.

• За пределами физики Стандартной модели: существуют неизвестные частицы, которые вносят свой вклад в$a_\mu$(например, суперсимметричные частицы).

Есть много запланированных экспериментов, чтобы ограничить вторую возможность.$^1$, а Fermilab и J-PARC намерены исключить первый случай, чтобы мы были уверены, что третий случай является правильным. Таким образом, после Fermilab и J-PARC у нас, вероятно, появятся первые количественные доказательства физики BSM!

Предполагается, что Fermilab будет работать с 2017 по 2018 год и вскоре представит результаты. Насколько я знаю, дата J-PARC не объявлена, но ожидается, что она начнется в конце 2010-х годов.

Для получения дополнительной информации см. http://arxiv.org/abs/1512.00928 .

Мюонное кольцо Фермилаб:

$^1$и я надеюсь, что скоро будут окончательные расчеты решетки, которые устранят неопределенность.

Космический корабль Gaia — еще один долгожданный физический эксперимент. Впервые задуманный в начале 90-х, он работает с 2013 года.

Цель этого амбициозного эксперимента — создать 3D-карту местоположения и скорости до 1% всех объектов Млечного Пути. Это должно позволить нам уточнить наши модели галактической динамики и позволить нам исследовать связанные с ней проблемы, например надоедливую Темную Материю.

Другие цели, перечисленные на вики-странице, включают вывод структуры пространства-времени посредством обнаружения изгибающихся путей фотонов и идентификацию/классификацию астрономических объектов, включая квазары.

В прошлом году мы видели некоторые исходные данные, и в этом году ожидается гораздо больше! Ниже представлена ​​карта плотности звезд, выпущенная в 2015 году:

Есть планы на линейный коллайдер электрон-позитрон для изучения новой физики, которая появляется на LHC, два находятся в разработке .

Международный линейный коллайдер (ILC) — это предлагаемый линейный ускоритель частиц. 1 Первоначально планируется иметь энергию столкновения 500 ГэВ с возможностью последующего повышения до 1000 ГэВ (1 ТэВ). Принимающая страна для ускорителя еще не выбрана, предполагаемые места — Япония, Европа (ЦЕРН) и США (Фермилаб). Япония считается наиболее вероятным кандидатом, так как японское правительство готово внести половину стоимости, по словам координатора исследования детекторов в ILC. По состоянию на июнь 2013 года строительство может начаться в 2015 или 2016 году и не будет завершено до 2026 года.

Также ведутся исследования для альтернативного проекта под названием «Компактный линейный коллайдер» (CLIC) , который будет работать при более высоких энергиях (до 3 ТэВ) в машине сравнимой длины с ILC.

Европейский чрезвычайно большой телескоп

Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп (E-ELT) — это астрономическая обсерватория и крупнейший в мире сверхбольшой оптический/ближний инфракрасный телескоп, который в настоящее время находится в стадии строительства. Часть Европейской южной обсерватории (ESO), она расположена на вершине Серро Армазонес в пустыне Атакама на севере Чили. Конструкция включает телескоп-рефлектор с сегментированным первичным зеркалом диаметром 39,3 метра и вторичным зеркалом диаметром 4,2 метра, а также будет поддерживаться адаптивной оптикой, шестью лазерными направляющими звездами и несколькими крупными научными инструментами. Обсерватория стремится собрать в 13 раз больше света, чем самые большие оптические телескопы, существующие сегодня, иметь возможность корректировать атмосферные искажения и предоставлять изображения в 16 раз более четкие, чем изображения, получаемые космическим телескопом Хаббла.[9]

Космический телескоп Джеймса Уэбба

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), ранее известный как Космический телескоп нового поколения (NGST), является флагманской космической обсерваторией, находящейся в стадии строительства, запуск которой запланирован на октябрь 2018 года. JWST обеспечит беспрецедентное разрешение и чувствительность в диапазоне длинных волн (( оранжево-красный) видимый свет, от ближнего инфракрасного до среднего инфракрасного (от 0,6 до 27 микрометров), и является преемником космического телескопа Хаббла и космического телескопа Спитцера. В то время как у Хаббла есть зеркало диаметром 2,4 метра (7,9 фута), JWST имеет большее и сегментированное главное зеркало диаметром 6,5 метра (21 фут) и будет расположен рядом с точкой L2 Земля-Солнце. Большой солнцезащитный козырек будет удерживать зеркало и четыре научных прибора при температуре ниже 50 К (-220 ° C; -370 ° F).

А если говорить о космических программах, то любая преемница МКС , наверное, будет самой дорогой научной стройкой следующего десятилетия.

Центр исследований антипротонов и ионов

Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) — это строящаяся международная ускорительная установка, которая будет использовать антипротоны и ионы для проведения исследований в следующих областях: ядерная физика, физика адронов и элементарных частиц, физика атома и антивещества, физика плазмы высокой плотности, и приложения в физике конденсированных сред, биологии и биомедицинских науках. Он расположен в Дармштадте в Германии и, как ожидается, будет поставлять лучи для экспериментов с 2018 года.

Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах

Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European XFEL) представляет собой исследовательскую рентгеновскую лазерную установку, которая в настоящее время находится в стадии строительства, и по состоянию на 2015 год планируется ввести в эксплуатацию в 2017 году. Международный проект с участием 11 стран (Дания, Франция, Германия). , Венгрия, Италия, Польша, Россия, Словакия, Испания, Швеция и Швейцария) расположена на территории немецких федеральных земель Гамбург и Шлезвиг-Гольштейн. Лазер на свободных электронах генерирует высокоинтенсивное электромагнитное излучение, разгоняя электроны до релятивистских скоростей и направляя их через специальные магнитные структуры. Европейский XFEL сконструирован таким образом, что электроны производят рентгеновский свет синхронно, что приводит к высокоинтенсивным рентгеновским импульсам со свойствами лазерного света и с интенсивностью, намного большей, чем у обычных синхротронных источников света.

Это не так фундаментально, как другие упомянутые проекты, но я в восторге от ИТЭР . Если все пойдет по графику, ИТЭР должен стать первым термоядерным реактором, который будет производить больше энергии, чем потребляет в 2030 году.