Šajā sadursmē Higsa booss sabrukšanas laikā, ko 2012. gada 18. maijā reģistrēja ATLAS detektors.
(Attēls: © ATLAS)
Pols M. Sutters ir astrofiziķis SUNY Stony Brook un Flatiron Institute uzņēmējā uzņēmumā Jautājiet kosmosa darbiniekam un Kosmosa radio, un "Tava vieta Visumā."Sutters sniedza ieguldījumu šajā rakstā Space.com ekspertu balsis: op-ed un ieskats.
Dabas simetrijas ietekmē mūsu pamata izpratni par kosmosu, sākot no gravitācijas universāluma līdz kosmosa apvienošanai dabas spēki pie lielām enerģijām.
70. gados fiziķi atklāja potenciālo simetriju, kas apvienoja visa veida daļiņas mūsu Visumā, sākot no elektroniem līdz fotoniem un visam, kas atrodas starp tām. Šis savienojums, kas pazīstams kā supersimetrija, paļaujas uz dīvainajām griešanās kvantu īpašībām un, iespējams, tur atslēgu, lai apgūtu jaunu fizikas izpratni.
Simetrijas ir vara
Gadsimtiem ilgi simetrijas ļāva fiziķiem atrast pamatā esošos savienojumus un pamata attiecības visā Visumā. Kad Īzaks Ņūtons vispirms noklikšķinājis uz ideju, ka smagums, kas izrauj ābolu no koka, ir tieši tāds pats spēks, kas mēness uztur orbītā ap sauli, viņš atklāja simetriju: gravitācijas likumi ir patiesi universāli. Šis ieskats ļāva viņam veikt milzīgu lēcienu, lai saprastu, kā darbojas daba.
Visā 1800. gadā fiziķi visā pasaulē neizpratnē bija par elektrības, magnētisma un starojuma dīvainajām īpašībām. Kas izraisīja elektriskās strāvas plūdumu pa vadu? Kā griešanās magnēts varētu virzīt to pašu strāvu apkārt? Vai gaisma bija vilnis vai daļiņa? Gadsimtu grūta apdomāšanās kulminācijā bija tīrs matemātiskais izrāviens, ko veidoja Džeimss Klerks Maksvels, kurš visas šīs atšķirīgās izmeklēšanas nozares apvienoja vienā vienkāršu vienādojumu komplektā: elektromagnētisms.
Alberts Einšteins arī izdarīja savu atzīmi, spert Ņūtona atziņas vēl vienu soli tālāk. Viņš par maksimumu uzskatīja, ka visiem fiziskajiem likumiem jābūt vienādiem neatkarīgi no jūsu stāvokļa vai ātruma, viņš atklāja īpaša relativitāte; laika un telpas priekšstati bija jāpārraksta, lai saglabātu šo dabas simetriju. Un gravitācijas pievienošana šim maisījumam viņu noveda pie vispārējā relativitāte, mūsu mūsdienu izpratne par šo spēku.
Pat mūsu saglabāšanas likumi - enerģijas taupīšana, impulsa saglabāšana un tā tālāk - ir atkarīgi no simetrijas. Fakts, ka jūs varat veikt eksperimentu dienu pēc dienas un iegūt tādu pašu rezultātu, parāda simetriju caur laiku, kas caur matemātisko ģenialitāti Emmy Noether ved uz enerģijas sarunu likumu. Un, ja jūs izvēlaties eksperimentu un pārvietojat to pa istabu un joprojām iegūstat tādu pašu rezultātu, jūs vienkārši atklājāt simetriju caur kosmosu un atbilstošo impulsa saglabāšanu.
Vērpjošs spogulis
Makroskopiskajā pasaulē tas tikai apkopo visas simetrijas, ar kurām esam saskārušies dabā. Bet subatomātiskā pasaule ir atšķirīgs stāsts. Pamata daļiņas mūsu Visums ir interesants īpašums, kas pazīstams kā “spin”. Pirmoreiz tika atklāts eksperimentos, kad atomi tika izšauti caur daudzveidīgu magnētisko lauku, liekot to ceļiem novirzīties tieši tādā pašā veidā, kā to veidotu vērpjama, elektriski lādēta metāla bumba.
Bet subatomiskās daļiņas nav vērpjošas, elektriski lādētas metāla bumbiņas; noteiktos eksperimentos viņi rīkojas tāpat kā viņi. Un atšķirībā no parastās pasaules analogiem subatomiskajām daļiņām nevar būt vēlamais rotācijas daudzums. Tā vietā katrs daļiņu veids iegūst savu unikālo griešanās daudzumu.
Dažādu neskaidru matemātisku iemeslu dēļ dažām daļiņām, piemēram, elektronam, griešanās ir ½, bet citām daļiņām, piemēram, fotonam, ir griešanās vienība 1. Ja jums rodas jautājums, kā fotons varētu uzvesties kā vērpta lādēta metāla bumba, tad nelieciet to pārāk daudz; jūs varat brīvi domāt par “griešanos” kā vēl vienu subatomisko daļiņu īpašību, kas mums jāseko līdzi, piemēram, to masu un lādiņu. Un dažām daļiņām ir vairāk šī īpašuma, bet dažām - mazāk.
Kopumā ir divas lielas daļiņu "ģimenes": tās, kurām griežas ar veselu skaitli (1/2, 3/2, 5/2 utt.), Un ar veselu skaitli (0, 1, 2 utt.) .) griešanās. Pusmasijas sauc par "fermioniem", un tās veido mūsu pasaules celtniecības bloki: elektroni, kvarki, neitrīni un tā tālāk. Vaļņus sauc par “bozoniem” un tie ir dabas spēku nesēji: fotoni, gluoni un pārējie.
No pirmā acu uzmetiena šīs divas daļiņu grupas nevarēja būt atšķirīgas.
Spartiku simfonija
70. gados stīgu teorētiķi sāka kritiski aplūkot šo griešanās īpašību un sāka interesēties, vai tur varētu būt dabas simetrija. Ideja ātri izvērsās ārpus stīgu kopienas un kļuva par aktīvu daļiņu fizikas pētījumu jomu. Ja tā ir taisnība, šī "supersimetrija" apvienos abas šķietami atšķirīgās daļiņu ģimenes. Bet kā izskatīsies šī supersimetrija?
Pamata būtība ir tāda, ka supersimetrijas gadījumā katram fermionam bozona pasaulē būtu "superpartner daļiņa" (vai īsi - "sparticle" - un nosaukumi tikai pasliktināsies), un otrādi, ar tieši tādu pašu masu un maksa, bet atšķirīgs griešanās.
Bet, ja mēs ejam meklēt spartikļus, mēs tos neatrodam. Piemēram, elektronu daļiņai ("selektronam") vajadzētu būt tādai pašai masai un lādiņam kā elektronam, bet griešanās vērtībai jābūt 1.
Tāda daļiņa neeksistē.
Tātad kaut kādā veidā šī simetrija ir jāsalauž mūsu Visumā, palielinot spartiku masas ārpus mūsu daļiņu sadursmju diapazona. Supersimetrijas sasniegšanai ir daudz dažādu paņēmienu, kas visi paredz dažādas selektronu, pieturas kvarku, sneutrīnu un visu pārējo masu.
Līdz šim nav atrasti supersimetrijas pierādījumi un eksperimenti Liels hadronu sadursme ir izslēguši vienkāršākos supersimetriskos modeļus. Lai gan tas nav gluži pēdējais nagu zārkā, teorētiķi skrāpēj galvu, domājot, vai dabā īsti nav sastopama supersimetrija, un kas mums būtu jādomā tālāk, ja neko nevaram atrast.
- Visums: lielais sprādziens līdz šim 10 vienkāršos soļos
- 'Supergravity' teorētiķi iegūst 3 miljonu dolāru balvu Fizikas sasniegumi
- Noslēpumainas daļiņas, kas radušās no Antarktīdas, nav fizikā
Uzziniet vairāk, noklausoties epizodi "Vai stīgu teorija ir tā vērts? (4. daļa: Mums ir vajadzīgs supervaronis)" podcast apraidē Ask A Spaceman, kas pieejama vietnē iTunesun tīmeklī plkst http://www.askaspaceman.com. Paldies Džonam C., Zacharijam H., @edit_room, Metjū Y., Kristoferam L., Krišnai W., Sajanam P., Neha S., Zacharijam H., Džoisei S., Mauricio M., @shrenicshah, Panosam T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. par jautājumiem, kas noveda pie šī skaņdarba! Uzdodiet savu jautājumu čivināt, izmantojot #AskASpaceman vai sekojot Pāvilam @PaulMattSutter un facebook.com/PaulMattSutter. Sekojiet mums Twitter @Spacedotcom vai Facebook.
