Osakestefüüsika valitsev teooria selgitab kõike subatomaatikamaailma kohta ... välja arvatud osad, mis seda ei tee. Ja kahjuks ei ole palju meelitavaid omadussõnu, mida saaks rakendada nn standardmudeli puhul. Seda fundamentaalfüüsika teooriat, mis on aastakümnete jooksul vähehaaval üles ehitatud, saab kõige paremini kirjeldada kui ebameeldivat, hodgepodge ja MacGyver-ed koos nööritükkide ja närimiskummiga.
Sellegipoolest on see uskumatult võimas mudel, mis ennustab täpselt tohutult erinevaid interaktsioone ja protsesse.
Kuid sellel on mõned silmatorkavad puudused: see ei sisalda raskust; see ei suuda selgitada erinevate osakeste massi, millest osa annab jõudu; sellel puudub teatud neutriino käitumise seletus; ja otsekohene ei oma vastust tumeda aine olemasolu kohta.
Niisiis, peame midagi välja mõtlema. Peame oma universumi paremaks mõistmiseks minema kaugemale standardmudelist.
Kahjuks on paljud juhtivad kandidaadid seda suurt kaugemale - nn supersümmeetrilisteks teooriateks - seletamiseks viimastel aastatel välistatud või rangelt piiratud. Veel on olemas Hail Mary kontseptsioon, mis võiks seletada universumi müstilisi osi, mida standardmudel ei hõlma: Pikaealised supersümmeetrilised osakesed, mida lühidalt nimetatakse ka spartikuliteks. Kuid masendavalt on nende veidrusahju osakeste hiljutine otsing tagasi tulnud tühjade kätega.
Mitte nii-väga sümmeetria
Ülekaalukalt on trendikaim teooriate kogum, mis praeguse standardmudeli piiridest mööda läheb, rühmitatud ideesarja, mida tuntakse kui supersümmeetriat. Nendes mudelites on looduse osakeste kahel suuremal leeril ("bosonid", nagu näiteks tuttavad footonid ja "fermioonid" - nagu elektronid, kvargid ja neutriinod) tegelikult õel-vennad. Igal üksikul bosonil on fermionimaailmas partner ja samamoodi on igal fermionil bosonisõber, kes nimetaks oma.
Ükski neist partneritest (või osakeste füüsika segane kõnepruugis - "superpartnerid") ei kuulu teadaolevate osakeste tavalisse rühma. Selle asemel on nad tavaliselt palju, palju raskemad, võõrasemad ja üldiselt veidrama väljanägemisega.
See teadaolevate osakeste ja nende osapoolte massierinevus tuleneb nn sümmeetria murdumisest. See tähendab, et kõrge energia korral (nagu osakeste kiirendite siseküljed) on matemaatilised suhted osakeste ja nende partnerite vahel ühtlasel kiilul, mis viib võrdsete massideni. Madalate energiate korral (nagu normaalses tavaelus kogetavad energiatasemed) see sümmeetria aga puruneb, saates partneri osakeste massi tõusma. See mehhanism on oluline, kuna see selgitab ka potentsiaalselt, miks näiteks gravitatsioon on teistest jõududest nõrgem. Matemaatika on lihtsalt natuke keeruline, kuid lühike versioon on järgmine: Midagi murdis universumis, mille tagajärjel normaalsed osakesed muutuvad drastiliselt vähem massiivseteks kui nende ülipartnerid. Sama purustav tegevus võis karistada gravitatsiooni, vähendades selle tugevust teiste jõudude suhtes. Tore.
Ela kaua ja õitseb
Supersümmeetria jahtimiseks lõhestas ja ehitas kamp füüsikuid aatomipurustajat nimega Suur Hadronite põrkuri, mis pärast aastaid vaeva nõudvaid otsuseid jõudis üllatavale, kuid pettumust valmistavale järeldusele, et peaaegu kõik supersümmeetria mudelid olid valed.
Oih!
Lihtsamalt öeldes ei leia me ühtegi partneriosakest. Null. Zilch. Nada. Maailma võimsaimas kokkupõrkes, kus osakesed tõmbutakse ümmarguse väetise ümber lähedasel valguse kiirusel enne üksteisega kokkupõrget, pole ükski vihje supersümmeetriale ilmnenud, mille tulemuseks on mõnikord eksootiliste uute osakeste tootmine. See ei tähenda tingimata, et supersümmeetria oleks iseenesest vale, kuid nüüd on välistatud kõik lihtsamad mudelid. Kas on aeg loobuda supersümmeetriast? Võib-olla, kuid seal võib olla Tervitus Mary: pikaealised osakesed.
Tavaliselt on osakeste füüsika maal seda massiivsem, mida ebastabiilsem olete ja mida kiiremini lagunete lihtsamateks, kergemateks osakesteks. See on lihtsalt nii, nagu asjad on. Kuna kõigi partnerite osakesed peaksid eeldatavasti olema rasked (vastasel juhul oleksime neid nüüd juba näinud), eeldasime, et need lagunevad kiiresti muude asjade dušideks, mida me ehk ära tunneme, ja siis oleksime oma detektorid vastavalt ehitanud.
Aga mis siis, kui partneriosakesed oleksid pikaealised? Mis juhtuks, kui mõne eksootilise füüsika keerutamise kaudu (andke teoreetikutele mõni tund selle üle järele mõtlemiseks ja nad leiavad selle teostamiseks ette rohkem kui küllaldaselt keeriseid) õnnestub neil osakestel enne detektiivi piire teadlikult laguneda. millekski vähem veidraks? Selle stsenaariumi korral oleks meie otsingud tulnud täiesti tühjaks lihtsalt seetõttu, et me ei otsinud piisavalt kaugel. Samuti pole meie detektorid ette nähtud nende pikaealiste osakeste otsimiseks.
ATLAS appi
Hiljutises veebis, 8. veebruaril avaldatud eelsalvestusserveri arXiv kohta, teatasid ATLASi (mõnevõrra ebamugav lühend A Toroidal LHC ApparatuS) koostööst Big Hadron Collideris selliste pikaealiste osakeste uurimist. Praeguse eksperimentaalse seadistuse abil ei suutnud nad otsida kõiki võimalikke pikaealisi osakesi, kuid nad suutsid otsida neutraalseid osakesi, mille mass oli prootoni massist 5 kuni 400 korda suurem.
ATLASi meeskond otsis pikaealisi osakesi mitte detektori keskelt, vaid selle servadest, mis oleks võimaldanud osakestel liikuda ükskõik millisest sentimeetrist kuni mõne meetrini. Inimstandardite osas ei pruugi see tunduda kuigi kauge, kuid massiivsete põhiliste osakeste puhul võib see sama hästi olla tuntud universumi serv.
Muidugi, see pole esimene pikaealiste osakeste otsing, kuid see on kõige ulatuslikum, kasutades peaaegu täismassi koorma katseteks tehtud dokumente Suure Hadroni kokkupõrkel.
Ja suur tulemus: mitte midagi. Null. Zilch. Nada.
Mitte ükski märk pikaealistest osakestest.
Kas see tähendab, et ka idee on surnud? Mitte päris - need pillid polnud tegelikult mõeldud selliste metsloomade jahil käimiseks ja kraapime ainult seda, mis meil on. Enne, kui me need tegelikult püüame, võib kuluda veel üks põlvkond katseid, mis on spetsiaalselt kavandatud pikaealiste osakeste püüdmiseks.
Või mis veelgi masendavam - neid pole olemas. Ja see tähendaks, et need olendid - koos oma üldsümmeetriliste partneritega - on lihtsalt palavikust füüsikute unistanud kummitused ja tegelikult vajame täiesti uut raamistikku moodsa füüsika mõne silmapaistva probleemi lahendamiseks.
