Jacob Hoover
0 
4979
502
Řídící teorie částicové fyziky vysvětluje vše o subatomickém světě ... s výjimkou částí, které tomu tak není. A bohužel není mnoho lichotivých adjektiv, které lze aplikovat na tzv. Standardní model. Tato teorie fundamentální fyziky, která byla po desetiletí postavena kousek po kousku, je nejlépe popsána jako nemotorný, hodgepodge a MacGyver-ed spolu s kousky strun a žvýkačky..
Přesto je to neuvěřitelně silný model, který přesně předpovídá ohromnou rozmanitost interakcí a procesů.
Má však nějaké do očí bijící nedostatky: nezahrnuje gravitaci; nedokáže vysvětlit množství různých částic, z nichž některé udělují sílu; nemá vysvětlení pro určité chování neutrin; a to přímo nemá odpověď na existenci temné hmoty.
Musíme tedy něco vymyslet. Abychom lépe pochopili náš vesmír, musíme jít za standardní model.
Bohužel mnoho z předních uchazečů, kteří vysvětlují tento velký rámec - nazývaný supersymetrické teorie - bylo v posledních letech vyloučeno nebo přísně omezeno. Stále však existuje koncept Hail Mary, který by mohl vysvětlit záhadné části vesmíru, na které se nevztahuje standardní model: Dlouhověké supersymetrické částice, někdy nazývané krátce částice. Ale depresivně se nedávné pátrání po těchto podivných částicích vrátilo s prázdnou rukou. [11 největších nezodpovězených otázek o temné záležitosti]
Ne-tak-super symetrie
Zdaleka nejmódnější soubor teorií, které posouvají hranice současného standardního modelu, jsou seskupeny do třídy myšlenek známých jako supersymetrie. V těchto modelech mají dva hlavní tábory částic v přírodě („bosony“, jako jsou známé fotony; a „fermiony“ - jako jsou elektrony, kvarky a neutrina) skutečně podivný druh sourozeneckého vztahu. Každý boson má partnera ve světě fermionů a každý fermion má také bosonového přítele, který nazývá vlastní.
Žádný z těchto partnerů (nebo vhodněji v matoucím žargonu fyziky částic - „superpartneri“) nepatří mezi normální rodinu známých částic. Místo toho jsou obvykle mnohem, mnohem těžší, podivnější a obvykle podivnější.
Tento rozdíl v hmotnosti mezi známými částicemi a jejich superpartners je výsledkem něčeho, co se nazývá symetrie. To znamená, že při vysokých energiích (jako vnitřek urychlovačů částic) jsou matematické vztahy mezi částicemi a jejich partnery na vyrovnaném kýlu, což vede ke stejným hmotnostem. Při nízkých energiích (jako jsou úrovně energie, které zažíváte v běžném každodenním životě), je však tato symetrie přerušená a hromadící se částice se hromadí. Tento mechanismus je důležitý, protože se také potenciálně vysvětluje, proč je například gravitace mnohem slabší než ostatní síly. Matematika je jen nepatrně komplikovaná, ale krátká verze je tato: Něco se ve vesmíru zlomilo, což způsobilo, že normální částice byly drasticky méně masivní než jejich superpartneri. Tato stejná lomová akce mohla potrestat gravitaci a snížit její sílu ve srovnání s ostatními silami. Šikovný. [6 podivných faktů o gravitaci]
Žít dlouho a prosperovat
K lovu supersymetrie se připojila skupina fyziků a postavila atomovou kouřovnu zvanou Velký hadronový srážkař, který po letech náročného hledání dospěl k překvapivému, ale zklamajícímu závěru, že téměř všechny supersymetrické modely byly špatné.
Jejda.
Jednoduše řečeno, nemůžeme najít žádné partnerské částice. Nula. Zilch. Nada. U nejmocnějšího srážce na světě se neobjevily žádné náznaky supersymetrie, kde částice jsou rozepnuty kolem kruhové kontrakce při rychlosti blízké rychlosti světla, než dojde ke vzájemnému kolizi, což někdy vede k produkci exotických nových částic. Neznamená to nutně, že supersymetrie je sama o sobě špatná, ale všechny nejjednodušší modely jsou nyní vyloučeny. Je čas opustit supersymetrii? Možná, ale možná tam bude Hail Mary: částice s dlouhou životností.
V zemi fyziky částic obvykle platí, že čím masivnější jste, tím nestabilnější jste a čím rychleji se rozpadnete na jednodušší a lehčí částice. Je to přesně tak, jak to vypadá. Protože se očekává, že partnerské částice budou těžké (jinak bychom je už viděli), očekávali jsme, že se rychle rozpadnou na sprchy dalších věcí, které bychom mohli poznat, a potom bychom podle toho postavili naše detektory.
Ale co kdyby partnerské částice měly dlouhou životnost? Co když, prostřednictvím nějakého vtipu exotické fyziky (poskytněte teoretikům několik hodin na to, aby o tom přemýšleli, a přijdou s více než dost vtípky, aby se to stalo), těmto částicím se podaří uniknout omezením našich detektorů, než se řádně rozloží do něčeho méně divného? V tomto scénáři by naše vyhledávání vyšla úplně prázdná, jednoduše proto, že jsme se nedívali dostatečně daleko. Naše detektory také nejsou navrženy tak, aby mohly přímo hledat tyto dlouhoživotní částice.
ATLAS na záchranu
V nedávném článku zveřejněném online 8. února na serveru předtisků arXiv, členové spolupráce ATLAS (poněkud trapné zkratky pro Toroidální LHC ApparatuS) ve Velkém Hadronu Collider hlásili vyšetřování takových dlouhověkých částic. Při současném experimentálním nastavení nemohli hledat každou možnou částici s dlouhou životností, ale byli schopni hledat neutrální částice s hmotností 5 až 400krát větší než proton.
Tým ATLAS hledal částice s dlouhou životností nikoli ve středu detektoru, ale na jeho okrajích, což by částečkám umožnilo cestovat kdekoli od několika centimetrů až po několik metrů. To se nemusí zdát příliš daleko, pokud jde o lidské standardy, ale pro masivní základní částice to může být také hrana známého vesmíru..
To samozřejmě není první hledání částic s dlouhou životností, ale je to nejkomplexnější, využívající téměř celou hmotnost experimentálních záznamů u Large Hadron Collider.
A velký výsledek: Nic. Nula. Zilch. Nada.
Není to jediná známka jakýchkoli částic s dlouhou životností.
Znamená to také, že myšlenka je mrtvá? Ne úplně - tyto nástroje nebyly navrženy tak, aby lovily tyto druhy divokých zvířat, a my jsme jen škrábali tím, co máme. Může to trvat další generaci experimentů speciálně navržených k zachycení dlouhověkých částic dříve, než je skutečně chytíme.
Nebo depresivněji neexistují. A to by znamenalo, že tato stvoření - spolu se svými supersymetrickými partnery - jsou opravdu jen duchové snění horečnatých fyziků, a to, co skutečně potřebujeme, je úplně nový rámec pro řešení některých výjimečných problémů moderní fyziky..
- Wacky Physics: Nejchladnější malé částice v přírodě
- Fotografie: Největší Atom Smasher na světě (LHC)
- 11 největších nezodpovězených otázek o temné záležitosti
Původně publikováno dne .
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autor Vaše místo ve vesmíru.