Was sind die Physikexperimente der nächsten Generation? [abgeschlossen]

Ein großer Teil der „Big Science Under Development“ ist auf Astrophysik und Kosmologie ausgerichtet. Das Square Kilometer Array (SKA) und das European Extremely Large Telescope (E-ELT) sind die beiden Flaggschiffe für die bodengebundene Astronomie der Zukunft. Beide sollen in den zwanziger Jahren dieses Jahrhunderts in Betrieb gehen.

SKA - künstlerische Darstellung (Quelle: Wikipedia). Mit einer Sammelfläche von etwa 1 km^2 wird es alle anderen Radioteleskope in den Schatten stellen.

E-ELT - Künstlerische Darstellung mit VLT und Colloseum zur Skalierung hinzugefügt (Quelle: Wikipedia)

Ich bin sehr gespannt auf die Ergebnisse von Fermilab und J-PARC bei der Messung$(g-2)_\mu$, also das anomale magnetische Moment des Myons. Der aktuelle Wert von$g-2$ist

• Das Versuchsergebnis ist falsch: Die Fehler werden unterschätzt oder es liegen unentdeckte systematische Fehler bei der Messung vor.

• Die theoretische Berechnung ist falsch: Es gibt viel Forschung über den hadronischen Beitrag, weil es sehr schwierig ist, ihn anhand der ersten Prinzipien abzuschätzen. Es besteht eine (IMHO, hohe) Chance, dass der hadronische Beitrag falsch berechnet wird.

• Jenseits der Standardmodellphysik: Es gibt unbekannte Teilchen, die dazu beitragen$a_\mu$(z. B. supersymmetrische Teilchen).

Es gibt viele geplante Experimente, um die zweite Möglichkeit einzuschränken$^1$, und Fermilab und J-PARC wollen den ersten Fall ausschließen, damit wir sicher sind, dass der dritte Fall der richtige ist. Daher werden wir nach Fermilab und J-PARC wahrscheinlich den ersten quantitativen Beweis der BSM-Physik haben!

Fermilab soll von 2017 bis 2018 laufen und kurz darauf die Ergebnisse präsentieren. AFAIK, es gibt kein angekündigtes Datum für J-PARC, aber es wird erwartet, dass es Ende der 2010er Jahre beginnt.

Weitere Informationen finden Sie unter http://arxiv.org/abs/1512.00928

Der Fermilab-Myonenring:

$^1$und ich hoffe, dass es bald endgültige Gitterberechnungen gibt, die die Unsicherheit beseitigen werden.

Das Gaia-Raumschiff ist ein weiteres mit Spannung erwartetes Physikexperiment. Ursprünglich in den frühen 90er Jahren konzipiert, ist es seit 2013 in Betrieb.

Ziel dieses ehrgeizigen Experiments ist es, eine 3D-Karte der Position und Geschwindigkeit von bis zu 1 % aller Objekte in der Milchstraße zu erstellen. Dies sollte uns in die Lage versetzen, unsere Modelle zur galaktischen Dynamik zu verfeinern und Probleme darin zu untersuchen, z. B. lästige Dunkle Materie.

Andere auf der Wiki-Seite aufgeführte Ziele umfassen die Ableitung der Struktur der Raumzeit durch die Erkennung gebogener Photonenpfade und die Identifizierung/Klassifizierung astronomischer Objekte, einschließlich Quasare.

Wir haben letztes Jahr einige erste Daten gesehen und noch viel mehr wird später in diesem Jahr erwartet! Unten ist die 2015 veröffentlichte Sterndichtekarte:

Es gibt Pläne für einen linearen Elektron-Positron-Beschleuniger, um die neue Physik zu untersuchen, die am LHC erscheint, zwei sind in Planung .

Der International Linear Collider (ILC) ist ein vorgeschlagener linearer Teilchenbeschleuniger. 1 Geplant ist zunächst eine Kollisionsenergie von 500 GeV mit der Möglichkeit einer späteren Aufrüstung auf 1000 GeV (1 TeV). Das Gastland für den Beschleuniger wurde noch nicht ausgewählt, vorgeschlagene Standorte sind Japan, Europa (CERN) und die USA (Fermilab). Japan gilt als wahrscheinlichster Kandidat, da die japanische Regierung laut dem Studienkoordinator für Detektoren am ILC bereit ist, die Hälfte der Kosten zu übernehmen. Ab Juni 2013 könnte der Bau 2015 oder 2016 beginnen und wird nicht vor 2026 abgeschlossen sein.

Studien für ein alternatives Projekt namens Compact Linear Collider (CLIC) sind ebenfalls im Gange, das in einer Maschine mit vergleichbarer Länge wie der ILC bei höheren Energien (bis zu 3 TeV) arbeiten würde.

European Extremely Large Telescope

Das European Extremely Large Telescope (E-ELT) ist ein astronomisches Observatorium und das weltweit größte extrem große optische/nahinfrarote Teleskop, das sich derzeit im Bau befindet. Es ist Teil der Europäischen Südsternwarte (ESO) und befindet sich auf dem Cerro Armazones in der Atacama-Wüste im Norden Chiles. Das Design umfasst ein Spiegelteleskop mit einem segmentierten Primärspiegel von 39,3 Metern Durchmesser und einem Sekundärspiegel von 4,2 Metern Durchmesser und wird von adaptiver Optik, sechs Laserleitsterneinheiten und mehreren großen wissenschaftlichen Instrumenten unterstützt.[8] Das Observatorium soll 13-mal mehr Licht sammeln als die größten heute existierenden optischen Teleskope, in der Lage sein, atmosphärische Verzerrungen zu korrigieren und Bilder zu liefern, die 16-mal schärfer sind als die des Hubble-Weltraumteleskops.[9]

James-Webb-Weltraumteleskop

Das James Webb Space Telescope (JWST), früher bekannt als Next Generation Space Telescope (NGST), ist ein im Bau befindliches Flaggschiff-Weltraumobservatorium, das im Oktober 2018 starten soll. Das JWST wird eine beispiellose Auflösung und Empfindlichkeit von langen Wellenlängen bieten ( orange-rotes) sichtbares Licht über das nahe Infrarot bis zum mittleren Infrarot (0,6 bis 27 Mikrometer) und ist ein Nachfolgeinstrument des Hubble-Weltraumteleskops und des Spitzer-Weltraumteleskops. Während Hubble einen 2,4 Meter (7,9 Fuß) großen Spiegel hat, verfügt der JWST über einen größeren und segmentierten Primärspiegel mit 6,5 Meter (21 Fuß) Durchmesser und wird sich in der Nähe des Erde-Sonne-L2-Punkts befinden. Ein großer Sonnenschutz hält seinen Spiegel und vier wissenschaftliche Instrumente unter 50 K (–220 ° C; –370 ° F).

Und wenn wir über Raumfahrtprogramme sprechen, wird jeder Nachfolger der ISS wahrscheinlich das teuerste wissenschaftliche Bauprojekt des nächsten Jahrzehnts sein.

Einrichtung für Antiprotonen- und Ionenforschung

Die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) ist eine im Bau befindliche internationale Beschleunigeranlage, die Antiprotonen und Ionen verwenden wird, um Forschung in den Bereichen: Kern-, Hadronen- und Teilchenphysik, Atom- und Antimateriephysik, Physik von hochdichten Plasma, und Anwendungen in der Physik der kondensierten Materie, der Biologie und den biomedizinischen Wissenschaften. Es befindet sich in Darmstadt in Deutschland und soll die Experimente ab 2018 mit Strahlen versorgen.

Europäischer Freie-Elektronen-Röntgenlaser

Der Europäische Freie-Elektronen-Röntgenlaser (European XFEL) ist eine Röntgenforschungslaseranlage, die derzeit im Bau ist und ab 2015 voraussichtlich 2017 den Nutzerbetrieb aufnehmen wird. Das internationale Projekt mit 11 teilnehmenden Ländern (Dänemark, Frankreich, Deutschland , Ungarn, Italien, Polen, Russland, Slowakei, Spanien, Schweden und Schweiz) liegt in den deutschen Bundesländern Hamburg und Schleswig-Holstein. Ein Freie-Elektronen-Laser erzeugt hochintensive elektromagnetische Strahlung, indem er Elektronen auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt und sie durch spezielle magnetische Strukturen lenkt. Der European XFEL ist so konstruiert, dass die Elektronen synchron Röntgenlicht erzeugen, was zu hochintensiven Röntgenpulsen mit den Eigenschaften von Laserlicht und einer Intensität führt, die viel heller ist als die von herkömmlichen Synchrotron-Lichtquellen.

Es ist nicht so grundlegend wie die anderen erwähnten Projekte, aber ich bin begeistert von ITER . Wenn alles nach Plan läuft, soll ITER 2030 der erste Fusionsreaktor sein, der mehr Energie produziert als er verbraucht.