Daļiņu fizikas Bībele mirst pēc jaunināšanas. Un fiziķiem var būt tikai lieta: dažas daļiņas un spēki var skatīties spogulī un neatpazīt sevi. Tas pats par sevi varētu nosūtīt tā saukto standarta modeli pa rokai.
Gandrīz visas fundamentālās reakcijas starp Visuma subatomiskajām daļiņām izskatās vienādas, kad tās tiek pārvietotas spogulī. Pēc tam fizikālā izteiksmē spoguļattēlu, ko sauc par paritāti, uzskata par simetrisku vai paritātes simetriju.
Protams, ne visi ievēro noteikumus. Mēs zinām, ka, piemēram, reakcijas, kurās iesaistīts vājš kodolspēks, kas ir arī dīvaini daudzu citu iemeslu dēļ, pārkāpj paritātes simetriju. Tāpēc pats par sevi saprotams, ka citi spēki un daļiņas kvantu pasaulē arī ir likumu pārkāpēji šajā jomā.
Fizikiem ir dažas idejas par šīm citām hipotētiskajām reakcijām, kuras spoguļos neizskatās vienādi un tādējādi pārkāptu paritātes simetriju. Šīs savādās reakcijas varētu mūs norādīt uz jaunu fiziku, kas varētu palīdzēt mums pāriet garām daļiņu fizikas standarta modelim, mūsu pašreizējam visu lietu subatomijas kopsavilkumam.
Diemžēl mēs nekad neredzēsim lielāko daļu no šīm dīvainajām reakcijām mūsu atomu iznīcinātājos un laboratorijās. Mijiedarbība ir pārāk reta un vāja, lai to varētu noteikt ar mūsu instrumentiem, kuri ir pielāgoti cita veida mijiedarbībai. Bet varētu būt daži reti izņēmumi. Pasaulē lielākā atomu sadauzītāja - Lielā hadronu sadursmes (LHC), kas atrodas netālu no Ženēvas, pētnieki meklē šīs retās mijiedarbības. Līdz šim viņi ir nākuši klajā ar tukšām rokām, bet pat šis rezultāts ir apgaismojošs. Šie negatīvie rezultāti palīdz atsvērt neauglīgās hipotēzes, ļaujot fiziķiem pievērsties daudzsološākiem veidiem jaunas fizikas meklējumos.
Spogulis, spogulis pie sienas
Viens no svarīgākajiem jēdzieniem visā fizikā ir simetrija. Jūs pat varētu pamatoti apgalvot, ka fiziķi ir tikai simetrijas mednieki. Simetrijas atklāj galvenos dabas likumus, kas nosaka visdziļākās realitātes darbības. Simetrija ir liels darījums.
Kas tas ir? Simetrija nozīmē, ka, mainot vienu elementu procesā vai mijiedarbībā, process paliek tāds pats. Pēc tam fiziķi saka, ka process ir simetrisks attiecībā pret šīm izmaiņām. Es šeit esmu apzināti neskaidrs, jo ir tik daudz dažādu simetrijas veidu. Piemēram, dažreiz jūs varat mainīt daļiņu uzlādes zīmi, dažreiz procesus var virzīt uz priekšu vai atpakaļ laikā, un dažreiz varat palaist procesa spoguļattēla versiju.
Šis pēdējais, apskatot procesu spogulī, tiek saukts paritātes simetrija. Lielākā daļa subatomisko mijiedarbību fizikā dod tieši tādu pašu rezultātu neatkarīgi no tā, vai tās tiek veiktas tieši jūsu priekšā vai spogulī. Bet dažas mijiedarbības pārkāpj šo simetriju, piemēram, vājš kodolspēks, it īpaši, ja neitrīni tiek ražoti mijiedarbībā, kurā iesaistīts šis spēks.
Neitrīni vienmēr griežas "atpakaļ" (citiem vārdiem sakot, to vērpšanas ass ir vērsts prom no kustības virziena), bet antineutrinosi griežas "uz priekšu" (viņu vērpšanas ass norāda taisni uz priekšu, kad viņi lido apkārt). Tas nozīmē, ka pastāv ļoti smalkas atšķirības neitrīno un antineutrīnu skaitā, kas rodas, kad jūs vadāt regulāru eksperimentu, salīdzinot ar spoguli pagrieztu eksperimentu, kura pamatā ir vājš kodolspēks.
Bojāti spoguļi
Cik mēs zinām, vājš kodolspēks un vājš kodolspēks vien pārkāpj paritātes simetriju. Bet varbūt tas nav viens.
Mēs zinām, ka fizikai, kas pārsniedz to, ko mēs šobrīd saprotam, ir jābūt. Un dažas no šīm hipotētiskajām idejām un koncepcijām arī pārkāpj paritātes simetriju. Piemēram, dažas no šīm teorijām paredz smalku asimetriju savādāk normālas mijiedarbības gadījumā, iesaistot daļiņas, kuras LHC parasti pārbauda.
Protams, šīs hipotētiskās idejas ir eksotiskas, sarežģītas un ļoti grūti pārbaudāmas. Un daudzos gadījumos mēs neesam precīzi pārliecināti, ko meklējam.
Problēma ir tā, ka, lai gan mēs zinām, ka mūsu pašreizējais priekšstats par daļiņu pasauli, ko sauc par standarta modeli, ir nepilnīgs, mēs nezinām, kur meklēt tā aizstāšanu. Daudzi fiziķi cerēja, ka LHC kaut ko atklās - jaunu daļiņu, jaunu mijiedarbību, vispār jebko -, kas mūs norādīs uz kaut ko jaunu un aizraujošu, taču līdz šim visi šie meklējumi ir bijuši neveiksmīgi.
Lēnām tiek izslēgtas daudzas bijušās priekšteča teorijas par to, kas pārsniedz standarta modeli (piemēram, supersimetrija). Šeit var noderēt paritātes simetrijas pārkāpums.
Gandrīz visos standarta modeļa hipotētiskajos paplašinājumos ir ietverts ierobežojums, ka tikai vājš kodolspēks pārkāpj paritātes simetriju. (Tas ir iestrādāts modeļu pamatmatemātikā, ja jums radās jautājums, kā tas darbojas.) Tas nozīmē, ka tādi jēdzieni kā supersimetrija, aksijas un leptokvarki visu šo simetriju sagrauj tieši tur, kur tas ir, un nekur citur.
Bet, lūk, ļaudis, ja šie izplatītie paplašinājumi neizskatās, varbūt ir laiks paplašināt redzesloku.
Pīlinga muguras paritāte
Šī iemesla dēļ pētnieku grupa meklēja paritātes pārkāpumus datu kešatmiņā, kas tika izlaists LHC eksperimentā ar kompakto skaņas solenoīda (CMS) eksperimentu; viņi sīki aprakstīja savus rezultātus pētījumā, kas publicēts 29. aprīlī pirmsdrukas serverī arXiv. Tas bija diezgan grūts meklējums, jo LHC nav īsti izveidota, lai meklētu paritātes pārkāpumus. Bet pētnieki gudri izdomāja veidu, kā to izdarīt, pārbaudot pārpalikumus mijiedarbībā starp citām daļiņām.
Rezultāts: netika atrasti padomi par paritātes pārkāpumiem. Hooray standarta modelim (atkal). Lai arī tas ir žēl, ka šis pētījums neatvēra jaunas fizikas robežas, tas palīdzēs noskaidrot turpmākos meklējumus. Ja mēs turpinām meklēt un joprojām neuzrādām pierādījumus paritātes pārkāpumiem ārpus vājā atomu spēka, tad mēs zinām, ka neatkarīgi no tā, kas atrodas ārpus standarta modeļa, jābūt ar tādām pašām matemātiskām struktūrām kā galvenajai teorijai un jāļauj tikai vājam kodola spēkam izskatās savādāk spogulī.
