Vládnuca teória časticovej fyziky vysvetľuje všetko o subatomárskom svete ... s výnimkou častí, ktoré tomu tak nie je. A nanešťastie nie je veľa lichotivých prídavných mien, ktoré je možné uplatniť na takzvaný štandardný model. Táto teória základnej fyziky, ktorá bola vybudovaná postupne po desiatich rokoch, je najlepšie opísať ako nemotorný, hodgepodge a MacGyver-ed spolu s kúskami povrázkov a žuvačiek.
Stále je to neuveriteľne výkonný model, ktorý presne predpovedá obrovskú škálu interakcií a procesov.
Má však niekoľko do očí bijúcich nedostatkov: nezahŕňa gravitáciu; nevie vysvetliť masy rôznych častíc, z ktorých niektoré udeľujú silu; nemá vysvetlenie pre určité neutrínové správanie; a to rovno nemá odpoveď na existenciu temnej hmoty.
Takže musíme niečo zistiť. Aby sme lepšie pochopili náš vesmír, musíme ísť nad rámec štandardného modelu.
Bohužiaľ, mnohí z popredných uchádzačov, ktorí vysvetľujú túto veľkú ďalej - nazývanú supersymetrické teórie - boli v posledných rokoch vylúčení alebo prísne obmedzení. Stále však existuje koncept Hail Mary, ktorý by mohol vysvetliť záhadné časti vesmíru, na ktoré sa nevzťahuje štandardný model: Dlhodobé supersymetrické častice, ktoré sa v krátkosti nazývajú častice. Ale depresívne sa nedávne hľadanie týchto podivných častíc vrátilo s prázdnymi rukami.
Nie taká super symetria
Zďaleka najmódnejšia skupina teórií, ktoré presúvajú hranice súčasného štandardného modelu, sú zoskupené do triedy myšlienok známych ako supersymetria. V týchto modeloch majú dva hlavné tábory častíc v prírode („bozóny“, ako sú známe fotóny; a „fermiony“ - ako elektróny, kvarky a neutrína) skutočne podivný druh súrodeneckého vzťahu. Každý bozón má partnera vo svete fermionov a rovnako každý fermion má priateľa bozónov, ktorý nazýva svojím vlastným.
Žiadny z týchto partnerov (alebo vhodnejšie v mätúcom žargóne fyziky častíc - „superpartneri“) nepatrí medzi normálnu rodinu známych častíc. Namiesto toho sú zvyčajne oveľa, oveľa ťažšie, cudzie a vo všeobecnosti podivnejšie.
Tento rozdiel v hmotnosti medzi známymi časticami a ich superpartnermi je výsledkom niečoho, čo sa nazýva lámanie symetrie. To znamená, že pri vysokých energiách (ako napr. Vnútri urýchľovačov častíc) sú matematické vzťahy medzi časticami a ich partnermi na vyrovnanej úrovni, čo vedie k rovnakým hmotnostiam. Pri nízkej energii (ako sú úrovne energie, ktoré prežívate v bežnom každodennom živote) je však táto symetria narušená a hromadia sa častice hmoty častíc prudko stúpajúce. Tento mechanizmus je dôležitý, pretože sa tiež potenciálne vysvetľuje, prečo je napríklad gravitácia omnoho slabšia ako ostatné sily. Matematika je len trochu komplikovaná, ale krátka verzia je táto: Niečo sa vo vesmíre zlomilo, čo spôsobilo, že normálne častice sa stali drasticky menej masívne ako ich superpartneri. Ten istý zlomový zásah mohol potrestať gravitáciu a znížiť jej silu v porovnaní s ostatnými silami. Šikovný.
Žiť dlho a prosperovať
Na hon na supersymetriu sa pripojila skupina fyzikov a postavila atómovú fajčiaru s názvom Veľký hadrónový urýchľovač, ktorý po rokoch náročného hľadania dospel k prekvapujúcemu, ale sklamanému záveru, že takmer všetky modely supersymetrie boli zlé.
Pokriky.
Jednoducho povedané, nemôžeme nájsť žiadne partnerské častice. Nula. Zilch. Nada. V najmocnejšej kolízii na svete sa neobjavili žiadne náznaky supersymetrie, pri ktorej by sa častice zošmykovali okolo kruhovej kontrakcie pri rýchlosti blízkej rýchlosti svetla pred vzájomným zrážaním, čo niekedy vedie k produkcii exotických nových častíc. Neznamená to nevyhnutne, že supersymetria je sama osebe nesprávna, ale všetky najjednoduchšie modely boli vylúčené. Je čas opustiť supersymetriu? Možno, ale mohla by tu byť Hail Mary: častice s dlhou životnosťou.
V krajine fyziky častíc zvyčajne platí, že čím masívnejší ste, tým viac ste nestabilnejší a tým rýchlejšie sa rozpadnete na jednoduchšie a ľahšie častice. Je to presne tak, ako to vyzerá. Pretože sa očakáva, že partnerské častice budú ťažké (inak by sme ich už videli), očakávali sme, že sa rýchlo rozpadnú na sprchy ďalších vecí, ktoré by sme mohli spoznať, a potom by sme podľa toho postavili naše detektory.
Čo keby však partnerské častice mali dlhú životnosť? Čo ak prostredníctvom nejakého vtipu exotickej fyziky (poskytnite teoretikom niekoľko hodín, aby o tom premýšľali a prídu s viac ako dostatočným množstvom vtipkov, aby sa to stalo), tieto častice dokážu uniknúť z obmedzení našich detektorov skôr, ako dôkladne upadnú. do niečoho menej divného? V tomto scenári by sa naše vyhľadávania objavili úplne prázdne, jednoducho preto, že sme nehľadeli dosť ďaleko. Naše detektory tiež nie sú navrhnuté tak, aby boli schopné priamo hľadať tieto častice s dlhou životnosťou.
ATLAS na záchranu
V nedávnom dokumente uverejnenom online 8. februára na predtlačovom serveri arXiv, členovia spolupráce ATLAS (trochu trápne skratky pre Toroidálne LHC prístroje) na veľkom Hadron Collideri uviedli vyšetrovanie takýchto dlho žijúcich častíc. Pri súčasnom experimentálnom usporiadaní nemohli hľadať všetky možné častice s dlhou životnosťou, ale boli schopní hľadať neutrálne častice s hmotnosťou 5 až 400-krát väčšou ako protón.
Tím ATLAS hľadal častice s dlhou životnosťou nie v strede detektora, ale na jeho okrajoch, čo by časticiam umožnilo pohybovať sa kdekoľvek od niekoľkých centimetrov až po niekoľko metrov. To sa nemusí zdať príliš ďaleko, pokiaľ ide o ľudské štandardy, ale pre masívne základné častice to môže byť tiež hrana známeho vesmíru.
Toto samozrejme nie je prvé hľadanie častíc s dlhou životnosťou, ale je to najkomplexnejšie, využívajúc takmer celú hmotnosť experimentálnych záznamov pri Large Hadron Collider.
A veľký výsledok: Nič. Nula. Zilch. Nada.
Nie je to ani náznak akýchkoľvek častíc s dlhou životnosťou.
Znamená to tiež, že myšlienka je mŕtva? Nie celkom - tieto nástroje neboli navrhnuté tak, aby lovili tieto druhy divých zvierat a my sme len škrabali tým, čo máme. Môže to trvať ďalšiu generáciu experimentov špeciálne navrhnutých na zachytenie dlho žijúcich častíc skôr, ako ich skutočne chytíme.
Alebo depresívnejšie neexistujú. A to by znamenalo, že tieto bytosti - spolu so svojimi supersymetrickými partnermi - sú skutočne iba duchmi snívanými horúčkovými fyzikmi, a to, čo skutočne potrebujeme, je úplne nový rámec na riešenie niektorých vynikajúcich problémov modernej fyziky.
