Vladajuća teorija fizike čestica objašnjava sve o subatomskom svijetu ... osim dijelova koje on nema. I nažalost, nema puno laskavih pridjeva koji se mogu primijeniti na takozvani Standardni model. Izgrađena pomalo tijekom desetljeća, ova teorija temeljne fizike najbolje se opisuje kao nezgrapna, mekota i MacGyver-ed zajedno s komadićima žice i žvakaćih guma.
Ipak je to nevjerojatno moćan model koji precizno predviđa nevjerojatnu raznolikost interakcija i procesa.
Ali ima neke sjajne nedostatke: Ne uključuje gravitaciju; ne može objasniti masu raznih čestica, od kojih neke daju silu; nema objašnjenje za određeno neutrino ponašanje; i izravno postavljanje nema odgovor za postojanje tamne materije.
Moramo nešto smisliti. Moramo prijeći standardni model da bismo bolje razumjeli svoj svemir.
Nažalost, mnogi vodeći kandidati koji objašnjavaju ovu veliku onu - zvanu super-simetrične teorije - posljednjih godina su isključeni ili strogo ograničeni. Još uvijek postoji koncept Hail Mary koji bi mogao objasniti misteriozne dijelove svemira koji nisu obuhvaćeni Standardnim modelom: Međutim, dugovječne super-simetrične čestice, koje se ponekad ukratko nazivaju i dijelovima. Ali depresivno, nedavno se potraga za ovim čudnim česticama vratila praznih ruku.
Ne-super super simetrija
Daleko najmoderniji skup teorija koji se protežu izvan granica aktualnog standardnog modela svrstavaju se u klasu ideja poznatih kao supersimetrija. U tim modelima dva glavna tabora čestica u prirodi ("bozoni", poput poznatih fotona i "fermioni" - poput elektrona, kvarkova i neutrina) zapravo imaju neobičan odnos braće. Svaki bozon ima partnera u fermionskom svijetu, a isto tako, svaki Fermion ima prijatelja iz bozona koji bi mogao nazvati vlastitim.
Nitko od ovih partnera (ili prikladnije u zbunjujućem žargonu fizike čestica - "superpartneri") nije među normalnom obitelji poznatih čestica. Umjesto toga, oni su obično puno, puno teži, čudniji i općenito čudnijeg izgleda.
Ova razlika u masi između poznatih čestica i njihovih superpartnera rezultat je nečega što se naziva kršenjem simetrije. To znači da se pri visokim energijama (poput unutrašnjosti akceleratora čestica) matematički odnosi između čestica i njihovih partnera nalaze na ravnom kobilici, što dovodi do jednakih masa. Pri niskim energijama (poput energetskih razina koje doživljavate u normalnom, svakodnevnom životu), međutim, ta se simetrija narušava, što šalje partnerove mase čestica u zraku. Taj je mehanizam važan, jer se također može potencijalno objasniti zašto je, na primjer, gravitacija toliko slabija od ostalih sila. Matematika je samo malo komplicirana, ali kratka verzija je sljedeća: Nešto se slomilo u svemiru, uslijed čega normalne čestice postaju drastično manje masivne od svojih superpartnera. To isto lomljivo djelovanje možda je kaznilo gravitaciju, umanjivši njenu snagu u odnosu na ostale sile. Divan.
Živi dugo i prosperira
U potrazi za supersimetrijom, hrpa fizičara sjekla je i izgradila atomiju koja se zove Veliki hadronski sudarač, što je nakon višegodišnjeg napornog pretraživanja došlo do iznenađujućeg, ali razočaravajućeg zaključka da su gotovo svi modeli supersimetrije bili u krivu.
Joj.
Jednostavno rečeno, ne možemo pronaći nijednu česticu partnera. Nula. Zilch. Nada. Nisu se pojavili nikakvi naputci o supersimetriji na najmoćnijem svjetskom sudaraču, gdje se čestice stisnu oko kružne kontracepcije pri gotovo brzini svjetlosti prije nego što se međusobno sudaraju, što ponekad rezultira proizvodnjom novih egzotičnih čestica. To ne mora nužno značiti da je supersimetrija sama po sebi pogrešna, ali sada su isključeni svi najjednostavniji modeli. Je li vrijeme da se odustane od supersimetrije? Možda, ali možda će postojati Zdrava Marija: dugovječne čestice.
Obično ste u zemlji fizike čestica masivniji, nestabilniji ste i brže ćete propadati u jednostavnije, svjetlije čestice. Jednostavno je tako. Budući da se očekuje da će čestice partnera biti teške (u suprotnom, vidjeli bismo ih već), očekivali smo da će se brzo raspasti u tuševe drugih stvari koje bismo mogli prepoznati, a zatim bismo u skladu s tim izgradili svoje detektore.
Ali što ako su partnerove čestice dugovječne? Što ako, kroz neku čudak egzotične fizike (dajte teoretičarima nekoliko sati da razmisle o tome, a oni će smisliti više nego dovoljno nazora da se to dogodi), ove čestice uspijevaju pobjeći od granica naših detektora prije nego što poslušno propadnu. u nešto manje čudno? U ovom bi se slučaju naša pretraživanja potpuno ispraznila, jednostavno zato što nismo tražili dovoljno daleko. Također, naši detektori nisu dizajnirani tako da mogu izravno tražiti te dugovječne čestice.
ATLAS na spašavanje
U nedavnom radu objavljenom na mreži 8. veljače na poslužitelju za tiskanje arXiv, članovi ATLAS-ove suradnje (pomalo nespretno za suradnju A Toroidal LHC ApparatuS) na Velikom hadronskom sudaraču izvijestili su o istrazi takvih dugovječnih čestica. S trenutnom eksperimentalnom postavkom nisu mogli tražiti svaku moguću dugovječnu česticu, ali mogli su potražiti neutralne čestice s masama između 5 i 400 puta veće od protona.
ATLAS tim pretraživao je dugovječne čestice ne u središtu detektora, već na njegovim rubovima, što bi omogućilo česticama da putuju bilo gdje od nekoliko centimetara do nekoliko metara. To se možda ne čini vrlo daleko u smislu ljudskih standarda, ali za masivne, temeljne čestice, to bi moglo biti i rub poznatog svemira.
Naravno, ovo nije prva potraga za dugovječnim česticama, ali ona je najopsežnija, koristeći gotovo svu težinu opterećenja eksperimentalnih zapisa na Velikom hadronskom sudaraču.
I veliki rezultat: Ništa. Nula. Zilch. Nada.
Niti jedan znak nijedne dugovječne čestice.
Znači li to da je i ta ideja mrtva? Ne baš - ovi instrumenti zapravo nisu bili dizajnirani za lov na ove vrste divljih zvijeri, a mi se samo ogrebamo onim što imamo. Možda će biti potrebna nova generacija eksperimenata posebno dizajniranih za hvatanje dugovječnih čestica prije nego što je zapravo uhvatimo.
Ili, što je depresivnije, oni ne postoje. A to bi značilo da su ta stvorenja - zajedno sa svojim supersimetričnim partnerima - zaista samo duhovi o kojima su sanjali grozničavi fizičari, a ono što zapravo trebamo je potpuno novi okvir za rješavanje nekih izvanrednih problema moderne fizike.
