¿Cuáles son los experimentos de física de próxima generación? [cerrado]

Una gran parte de la 'gran ciencia en desarrollo' se dirige hacia la astrofísica y la cosmología. El Square Kilometre Array (SKA) y el European Extremely Large Telescope (E-ELT) son las dos instalaciones emblemáticas para la astronomía terrestre en el futuro. Ambos están previstos para estar operativos en los años veinte de este siglo.

SKA - impresión artística (fuente: Wikipedia). Con un área de recolección de aproximadamente 1 km ^ 2, eclipsará a todos los demás radiotelescopios.

E-ELT: impresión artística con VLT y Coliseo agregados para la escala (fuente: Wikipedia)

Estoy muy entusiasmado con los resultados de Fermilab y J-PARC en la medición de$(g-2)_\mu$, es decir, el momento magnético anómalo del muón. El valor actual de$g-2$es

• El resultado experimental es erróneo: se subestiman los errores o hay errores sistemáticos no detectados en la medida.

• El cálculo teórico es erróneo: hay mucha investigación sobre la contribución hadrónica porque es muy difícil de estimar a partir de primeros principios. Existe una probabilidad (en mi humilde opinión, alta) de que la contribución hadrónica esté mal calculada.

• Más allá de la física del modelo estándar: hay partículas desconocidas que contribuyen a$a_\mu$(por ejemplo, partículas supersimétricas).

Hay muchos experimentos planeados para restringir la segunda posibilidad.$^1$, y Fermilab y J-PARC pretenden descartar el primero, por lo que estamos seguros de que el tercer caso es el correcto. Por lo tanto, después de Fermilab y J-PARC, ¡probablemente tendremos la primera evidencia cuantitativa de la física BSM!

Se supone que Fermilab estará funcionando de 2017 a 2018 y presentará los resultados poco después. AFAIK, no hay una fecha anunciada para J-PARC, pero se espera que comience a fines de la década de 2010.

Para obtener más información, consulte http://arxiv.org/abs/1512.00928

El anillo de muones de Fermilab:

$^1$y espero que pronto haya cálculos reticulares definitivos que resuelvan la incertidumbre.

La nave espacial Gaia es otro experimento de física muy esperado. Concebido por primera vez a principios de los 90, está operativo desde 2013.

El objetivo de este ambicioso experimento es crear un mapa 3D de la ubicación y velocidad de hasta el 1% de todos los objetos en la Vía Láctea. Esto debería permitirnos refinar nuestros modelos sobre la dinámica galáctica y permitirnos investigar problemas en ellos, es decir, la molesta Materia Oscura.

Otros objetivos enumerados en la página wiki incluyen inferir la estructura del espacio-tiempo a través de la detección de trayectorias de fotones de flexión e identificar/clasificar objetos astronómicos, incluidos los cuásares.

¡Vimos algunos datos iniciales el año pasado y se espera mucho más más adelante este año! A continuación se muestra el mapa de densidad de estrellas publicado en 2015:

Hay planes para un colisionador lineal de electrones y positrones, para estudiar la nueva física que está apareciendo en el LHC, dos están en diseño .

El International Linear Collider (ILC) es un acelerador de partículas lineal propuesto. 1 Se planea tener una energía de colisión de 500 GeV inicialmente, con la posibilidad de una actualización posterior a 1000 GeV (1 TeV). Aún no se ha elegido el país anfitrión del acelerador y las ubicaciones propuestas son Japón, Europa (CERN) y EE. UU. (Fermilab). Japón es considerado el candidato más probable, ya que el gobierno japonés está dispuesto a contribuir con la mitad de los costos, según el coordinador de estudio de detectores en ILC. A partir de junio de 2013, la construcción podría comenzar en 2015 o 2016 y no se completará antes de 2026.

También se están realizando estudios para un proyecto alternativo llamado Compact Linear Collider (CLIC) , que operaría a energías más altas (hasta 3 TeV) en una máquina con una longitud comparable a la del ILC.

Telescopio Europeo Extremadamente Grande

El Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT) es un observatorio astronómico y el telescopio óptico/infrarrojo cercano extremadamente grande más grande del mundo actualmente en construcción. Parte del Observatorio Europeo Austral (ESO), está ubicado en la cima del Cerro Armazones en el Desierto de Atacama en el norte de Chile. El diseño comprende un telescopio reflector con un espejo primario segmentado de 39,3 metros de diámetro y un espejo secundario de 4,2 metros de diámetro, y estará respaldado por óptica adaptativa, seis unidades de estrellas guía láser y múltiples instrumentos científicos grandes.[8] El observatorio tiene como objetivo reunir 13 veces más luz que los telescopios ópticos más grandes que existen en la actualidad, ser capaz de corregir las distorsiones atmosféricas y proporcionar imágenes 16 veces más nítidas que las del telescopio espacial Hubble.[9]

Telescopio espacial James Webb

El Telescopio Espacial James Webb (JWST), anteriormente conocido como Telescopio Espacial de Próxima Generación (NGST), es un observatorio espacial de clase insignia en construcción y cuyo lanzamiento está programado para octubre de 2018. El JWST ofrecerá una resolución y sensibilidad sin precedentes desde la longitud de onda larga ( naranja-rojo) luz visible, a través del infrarrojo cercano al infrarrojo medio (0,6 a 27 micrómetros), y es un instrumento sucesor del Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial Spitzer. Mientras que Hubble tiene un espejo de 2,4 metros (7,9 pies), el JWST cuenta con un espejo principal más grande y segmentado de 6,5 metros (21 pies) de diámetro y se ubicará cerca del punto Tierra-Sol L2. Un parasol grande mantendrá su espejo y cuatro instrumentos científicos por debajo de 50 K (−220 °C; −370 °F).

Y cuando hablamos de programas espaciales, cualquier sucesor de la ISS será probablemente el proyecto de construcción científica más caro de la próxima década.

Instalación para la investigación de iones y antiprotones

La Instalación para la Investigación de Antiprotones e Iones (FAIR) es una instalación internacional de aceleradores en construcción que utilizará antiprotones e iones para realizar investigaciones en los campos de: física nuclear, de partículas y hadrones, física atómica y de antimateria, física de plasma de alta densidad, y aplicaciones en física de materia condensada, biología y ciencias biomédicas. Está situado en Darmstadt, Alemania, y se espera que proporcione haces para los experimentos a partir de 2018.

Láser de electrones libres de rayos X europeo

El láser europeo de electrones libres de rayos X (European XFEL) es una instalación láser de investigación de rayos X actualmente en construcción y, a partir de 2015, está programado que comience a funcionar como usuario en 2017. El proyecto internacional con 11 países participantes (Dinamarca, Francia, Alemania , Hungría, Italia, Polonia, Rusia, Eslovaquia, España, Suecia y Suiza) se encuentra en los estados federales alemanes de Hamburgo y Schleswig-Holstein. Un láser de electrones libres genera radiación electromagnética de alta intensidad acelerando electrones a velocidades relativistas y dirigiéndolos a través de estructuras magnéticas especiales. El XFEL europeo está construido de tal manera que los electrones producen luz de rayos X en sincronización, lo que da como resultado pulsos de rayos X de alta intensidad con las propiedades de la luz láser y en intensidades mucho más brillantes que las producidas por las fuentes de luz de sincrotrón convencionales.

No es tan fundamental como los otros proyectos mencionados, pero estoy entusiasmado con ITER . Si todo va según lo previsto, ITER debería ser el primer reactor de fusión que produzca más energía de la que consume en 2030.