Osakeste füüsika piibel on täienduseks suremas. Ja füüsikutel võib olla lihtsalt asi: mõned osakesed ja jõud võivad peeglisse vaadata ja end ära tunda. See juba iseenesest saadaks niinimetatud standardmudeli tagaluugiks.
Peaaegu kõik universumi subatomaatiliste osakeste vahelised põhimõttelised reaktsioonid näevad peeglis ringi liikudes välja ühesugused. Füüsikas öeldakse siis, et peegelpilt, mida nimetatakse paarsuseks, on sümmeetriline või et sellel on paarsümmeetria.
Muidugi, kõik ei järgi reegleid. Me teame, et näiteks nõrga tuumajõuga seotud reaktsioonid, mis on imelikud ka terve hulga muude põhjuste tõttu, rikuvad pariteetsümmeetriat. Seega on mõistlik, et ka teised kvantmaailma jõud ja osakesed on selles piirkonnas reeglite rikkujad.
Füüsikutel on nende teiste hüpoteetiliste reaktsioonide kohta mõned ideed, mis ei näeks peeglist ühesugused välja ja rikuksid seega pariteedisümmeetriat. Need kummalised reaktsioonid võivad suunata meid uue füüsika poole, mis võiks aidata meil liikuda edasi osakeste füüsika standardmudelist, meie praegusest kõigi asjade subatomaatilisest kokkuvõttest.
Kahjuks ei näe me oma aatomite purustajates ja laborites enamikku neist kummalistest reaktsioonidest. Interaktsioonid on lihtsalt liiga haruldased ja nõrgad, et neid tuvastada meie instrumentidega, mis on häälestatud muud tüüpi interaktsioonidele. Kuid võib olla ka mõned harvad erandid. Maailma suurima aatomite purustaja, Genfi lähedal asuva suure hadronite põrkeseadme (LHC) teadlased on neid haruldasi koostoimeid jahtinud. Siiani on nad tulnud üles tühjade kätega, kuid isegi see tulemus on valgustav. Need negatiivsed tulemused aitavad kõrvaldada kaalutletutest viljatuid hüpoteese, võimaldades füüsikutel keskenduda uue füüsika jahipidamise paljutõotavamatele võimalustele.
Peegel, peegel seinal
Üks olulisemaid mõisteid kogu füüsikas on sümmeetria. Võib isegi mõistlikult väita, et füüsikud on lihtsalt sümmeetriakütid. Sümmeetriad paljastavad looduse põhiseadused, mis reguleerivad reaalsuse sisemist tegevust. Sümmeetria on suur asi.
Mis see siis on? Sümmeetria tähendab, et kui muudate protsessi või interaktsiooni ühte elementi, jääb protsess samaks. Füüsikud väidavad siis, et protsess on selle muutuse suhtes sümmeetriline. Olen siin sihilikult ebamäärane, kuna sümmeetriat on nii palju erinevaid. Näiteks võite mõnikord muuta osakeste laengute tähist, mõnikord käivitada protsesse ajas või tagasi ja mõnikord käivitada protsessi peegelpildi versiooni.
Seda viimast, vaadates protsessi peeglis, nimetatakse paarsuse sümmeetriaks. Enamik füüsika subatomaatilisi interaktsioone annab teile täpselt sama tulemuse, olgu need tehtud otse teie ees või peeglis. Kuid mõned vastastikmõjud rikuvad seda sümmeetriat, nagu nõrk tuumajõud, eriti kui neutronos toodetakse seda jõudu hõlmavas interaktsioonis.
Neutrinod keerlevad alati "tahapoole" (teisisõnu, nende keerutuse telg on suunatud nende liikumissuunast eemale), samas kui antineutrinod keerlevad "edasi" (nende keerutamistelg osutab otse edasi, kui nad ringi lendavad). See tähendab, et tavalise versiooni korral, mis põhineb nõrgal tuumajõul põhineval katsel, ilmnevad neutriinode ja antineutrinoidide arvu erinevused väga väikestes erinevustes.
Katkised peeglid
Niipalju kui me teame, rikub nõrk tuumajõud ja nõrk tuumajõud pariteedi sümmeetriat. Kuid võib-olla pole see üksi.
Me teame, et füüsika, mida me praegu mõistame, peab eksisteerima. Ja mõned neist hüpoteetilistest ideedest ja kontseptsioonidest rikuvad ka pariteedi sümmeetriat. Näiteks ennustavad mõned neist teooriatest normaalse vastasmõju korral peent asümmeetriat, mis hõlmab selliseid osakesi, mida LHC tavaliselt uurib.
Muidugi on need hüpoteetilised ideed eksootilised, keerukad ja väga raskesti katsetatavad. Ja paljudel juhtudel pole me päris kindlad, mida otsime.
Probleem on selles, et kuigi me teame, et meie praegune ettekujutus osakeste maailmast, mida nimetatakse standardmudeliks, on puudulik, ei tea me, kust selle asendamist otsida. Paljud füüsikud lootsid, et LHC paljastab midagi - uue osakese, uue interaktsiooni ja üldse midagi -, mis suunaks meid millegi uue ja põneva poole, kuid siiani on kõik need otsingud läbi kukkunud.
Paljud endised esireketi teooriad standardmudelist väljaspool (nagu supersümmeetria) on aeglaselt välistatud. Paarsümmeetria rikkumine võib siin abiks olla.
Peaaegu kõik tüüpilise mudeli tavalised hüpoteetilised laiendid sisaldavad piirangut, et ainult nõrk tuumajõud rikub paarsümmeetriat. (See on sisse arvestatud mudelite fundamentaalsesse matemaatikasse, juhuks, kui teil tekkis küsimus, kuidas see töötab.) See tähendab, et sellised mõisted nagu supersümmeetria, aksioonid ja leptoquarks hoiavad seda sümmeetriat täpselt seal, kus see on, ega kuskil mujal.
Aga vaadake, inimesed, kui neid tavalisi pikendusi ei tehta, siis on ehk aeg meie silmaringi laiendada.
Koorimine tagasi pariteet
Sel põhjusel otsis teadlaste meeskond pariteedi rikkumisi LHC kompaktse muuseumi solenoidi (CMS) eksperimendi käigus avaldatud andmete vahemälus; nad täpsustasid oma tulemusi 29. aprillil eeltrükiserverisse arXiv avaldatud uuringus. See oli üsna keeruline otsing, kuna LHC pole tegelikult loodud paarsusrikkumiste otsimiseks. Kuid teadlased leidsid nutikalt välja viisi, kuidas seda teha, uurides jääke teiste osakeste vastastikmõjus.
Tulemus: vihjeid pariteedi rikkumise kohta ei leitud. Hooray standardmudeli jaoks (jälle). Kuigi on pettumust valmistav asjaolu, et see uurimistöö ei avatanud füüsika uut piiri, aitab see edaspidiseid otsinguid selgitada. Kui jätkame otsimist ja ei leia endiselt tõendeid pariteedi rikkumise kohta väljaspool nõrka tuumajõudu, siis teame, et kõik, mis jääb mudelisse väljapoole, peab olema samade matemaatiliste struktuuridega nagu see põhiteooria ja võimaldama ainult nõrgal tuumajõul vaata peeglist teisiti.
