Biblia fyziky častíc zomiera na vylepšenie. A fyzici môžu mať len to isté: Niektoré častice a sily sa môžu pozerať do zrkadla a nerozpoznávajú sa. To by samo osebe poslalo tzv. Štandardný model do chvosta.
Takmer všetky základné reakcie medzi vesmírnymi subatomickými časticami vyzerajú rovnako, keď sa otáčajú okolo zrkadla. Zrkadlový obraz, ktorý sa vo fyzike hovorí, je symetrický alebo má paritnú symetriu.
Samozrejme, nie každý sa riadi pravidlami. Vieme, že napríklad reakcie zahŕňajúce slabú jadrovú silu, ktorá je tiež divná z mnohých iných dôvodov, porušujú paritnú symetriu. Je teda logické, že iné sily a častice v kvantovom svete sú v tejto oblasti tiež lámačmi pravidiel.
Fyzici majú nejaké predstavy o týchto ďalších hypotetických reakciách, ktoré by v zrkadle nevyzerali rovnako, a preto by porušovali paritnú symetriu. Tieto podivné reakcie by nás mohli nasmerovať k novej fyzike, ktorá by nám mohla pomôcť prejsť okolo štandardného modelu časticovej fyziky, nášho súčasného súhrnu všetkých vecí subatomárnych.
Bohužiaľ, nikdy nebudeme vidieť väčšinu týchto podivných reakcií v našich atómových fúzy a laboratóriá. Interakcie sú príliš zriedkavé a slabé na to, aby sa dali zistiť pomocou našich nástrojov, ktoré sú prispôsobené iným druhom interakcií. Môžu však existovať zriedkavé výnimky. Vedci najväčšieho atómového fajčiara na svete, Large Hadron Collider (LHC), ktorý sa nachádza neďaleko Ženevy, lovili tieto zriedkavé interakcie. Zatiaľ prišli s prázdnymi rukami, ale aj tento výsledok je osvetľujúci. Tieto negatívne výsledky pomáhajú vyhladiť zbytočné hypotézy z úvah, čo fyzikom umožňuje sústrediť sa na sľubnejšie cesty pri hľadaní novej fyziky.
Zrkadlo zrkadlo na stene
Jedným z najdôležitejších pojmov fyziky je symetria. Dalo by sa dokonca odôvodnene tvrdiť, že fyzici sú iba lovci symetrie. Symetrie odhaľujú základné prírodné zákony, ktoré riadia najvnútornejšie pôsobenie reality. Symetria je veľká vec.
Čo je to? Symetria znamená, že ak zmeníte jeden prvok v procese alebo interakcii, proces zostane rovnaký. Fyzici potom tvrdia, že proces je vzhľadom na túto zmenu symetrický. Som tu úmyselne nejasný, pretože existuje toľko rôznych druhov symetrie. Napríklad, niekedy môžete zmeniť znamienko poplatkov na časticiach, niekedy môžete procesy spustiť dopredu alebo dozadu v čase a niekedy môžete spustiť verziu procesu zrkadlového obrazu.
Tento posledný, ktorý sa pozerá na proces v zrkadle, sa nazýva symetria parity. Väčšina subatomických interakcií vo fyzike vám dáva presne ten istý výsledok, či už sa robia priamo pred vami alebo v zrkadle. Niektoré interakcie porušujú túto symetriu, napríklad slabá jadrová sila, najmä ak sú neutrína vytvárané v interakciách, ktoré túto silu zahŕňajú.
Neutrína sa vždy točia „dozadu“ (inými slovami, os ich spinov smeruje preč od smeru ich pohybu), zatiaľ čo antineutrína sa točia „vpred“ (ich osy spinov sú priamo vpredu, keď lietajú). To znamená, že existujú veľmi jemné rozdiely v počte neutrín a antineutrín produkovaných pri bežnom a oproti zrkadlovom experimente, ktorý sa spolieha na slabú jadrovú silu.
Rozbité zrkadlá
Pokiaľ vieme, slabá jadrová sila a samotná slabá jadrová sila porušujú symetriu parity. Ale možno to nie je sám.
Vieme, že fyzika musí presahovať to, čomu v súčasnosti rozumieme. A niektoré z týchto hypotetických myšlienok a konceptov tiež porušujú symetriu parity. Napríklad niektoré z týchto teórií predpovedajú jemné asymetrie v inak normálnych interakciách, ktoré zahŕňajú druhy častíc, ktoré LHC typicky skúma.
Tieto hypotetické myšlienky sú, samozrejme, exotické, zložité a ich testovanie je ťažké. A v mnohých prípadoch si nie sme úplne istí, čo hľadáme.
Problém je v tom, že hoci vieme, že naša súčasná koncepcia časticového sveta, nazývaná štandardný model, je neúplná, nevieme, kde hľadať jej náhradu. Mnohí fyzici dúfali, že LHC odhalí niečo - novú časticu, novú interakciu, čokoľvek vôbec -, čo by nás nasmerovalo k niečomu novému a vzrušujúcemu, ale všetky tie vyhľadávania zatiaľ zlyhali.
Mnoho bývalých teórií front-runnerov, čo presahujú štandardný model (ako je supersymetria), sa pomaly vylučuje. Tu by sa mohlo hodiť porušenie parity-symetrie.
Takmer všetky bežné hypotetické rozšírenia štandardného modelu zahŕňajú obmedzenie, že iba slabá jadrová sila narúša paritnú symetriu. (V prípade, že by ste sa čudovali, ako to funguje, je to zapracované do základnej matematiky modelov.) To znamená, že pojmy ako supersymetria, axióny a leptavé znaky udržujú túto symetriu v zlomku presne tam, kde je, a nikde inde.
Ale pozrite sa, ľudia, ak sa tieto bežné rozšírenia nerozširujú, možno je na čase rozšíriť naše obzory.
Odlupujúca sa parita
Z tohto dôvodu tím vedcov hľadal porušenia parity v cache dát zverejnených experimentom Compact Muon Solenoid (CMS) na LHC; svoje výsledky podrobne opísali v štúdii uverejnenej 29. apríla na serveri arXiv pre predtlač. Bolo to dosť zložité hľadanie, pretože LHC nie je v skutočnosti nastavená na to, aby hľadala porušenia parity. Vedci však šikovne vymysleli spôsob, ako to urobiť, keď preskúmali zvyšky v interakciách medzi inými časticami.
Výsledok: Nezistili sa žiadne náznaky porušenia parity. Hurá na štandardný model (opäť). Aj keď je sklamanie, že tento výskum neotvoril novú hranicu fyziky, pomôže to objasniť budúce vyhľadávania. Ak stále hľadáme a stále neobjavíme žiadne dôkazy o porušení parity mimo slabej jadrovej sily, potom vieme, že všetko, čo leží za štandardným modelom, musí mať rovnaké matematické štruktúry ako táto základná teória a musí umožniť iba slabú jadrovú silu vyzerajú inak v zrkadle.
