Daļiņu fizikas vadošā teorija izskaidro visu par subatomisko pasauli ... izņemot tās daļas, kurās tas nav. Un diemžēl nav daudz glaimojošu īpašības vārdu, ko var pielietot tā dēvētajam standarta modelim. Šī pamatfizikas teorija, kas celta pamazām gadu desmitu laikā, vislabāk tiek raksturota kā negodīgi izteikta, hodgepodge un MacGyver-ed kopā ar auklu un košļājamo gumiju.
Tomēr tas ir neticami spēcīgs modelis, kas precīzi paredz milzīgu mijiedarbības un procesu daudzveidību.
Bet tam ir daži acīmredzami trūkumi: tajā nav iekļauts smagums; tas nevar izskaidrot dažādu daļiņu masu, no kurām dažas piešķir spēku; tam nav izskaidrojuma noteiktai neitrīno uzvedībai; un tam nav tiešas atbildes par tumšās matērijas esamību.
Tātad, mums kaut kas jāizdomā. Lai labāk izprastu mūsu Visumu, mums jāiet ārpus standarta modeļa.
Diemžēl pēdējos gados daudzi vadošie pretendenti, kas izskaidro šo lielo robežu, ko sauc par supersimetriskām teorijām, ir izslēgti vai stingri ierobežoti. Joprojām pastāv Hail Mary koncepcija, kas varētu izskaidrot noslēpumainās Visuma daļas, uz kurām neattiecas standarta modelis: Tomēr ilgmūžīgas supersimetriskas daļiņas, ko dažreiz īsi sauc par spartiklām. Bet nomācoši, ka nesenais oddbola daļiņu meklējums ir atgriezies tukšām rokām.
Ne pārāk super simetrija
Līdz šim modernākais teoriju kopums, kas pārsniedz pašreizējā standarta modeļa robežas, ir sagrupēts ideju klasē, kas pazīstama kā supersimetrija. Šajos modeļos divām lielākajām daļiņu nometnēm dabā ("bozoniem", piemēram, pazīstamajiem fotoniem; un "fermioniem", piemēram, elektroniem, kvarkiem un neitrīniem) faktiski ir savādās brāļu un māsu attiecības. Katram bozonam ir partneris fermionu pasaulē, un tāpat katram fermionam ir bozona draugs, ko saukt par savu.
Neviens no šiem partneriem (vai, pareizāk sakot, neskaidrajā daļiņu fizikas žargonā - "superpartneri"), nav starp zināmajām daļiņām. Tā vietā tie parasti ir daudz, daudz smagāki, dīvaināki un parasti dīvaināka izskata.
Šī masas atšķirība starp zināmajām daļiņām un to pārējām daļiņām ir tā sauktā simetrijas pārrāvuma rezultāts. Tas nozīmē, ka pie lielām enerģijām (piemēram, ar daļiņu paātrinātāju iekšpusi) matemātiskās attiecības starp daļiņām un to partneriem atrodas uz vienmērīga ķīļa, kas noved pie vienādām masām. Ar zemu enerģiju (piemēram, enerģijas līmeņiem, kas rodas ikdienas dzīvē) šī simetrija tomēr tiek pārtraukta, nosūtot partnera daļiņu masas strauji augošu. Šis mehānisms ir svarīgs, jo tas arī var potenciāli izskaidrot, kāpēc, piemēram, gravitācija ir tik vājāka nekā pārējiem spēkiem. Matemātika ir tikai nedaudz sarežģīta, bet īsā versija ir šāda: Visumā kaut kas sabojājās, liekot normālajām daļiņām kļūt krasi mazāk masīvām nekā to pārējām pusēm. Tā pati pārkāpjošā darbība varēja sodīt smagumu, mazinot tā spēku attiecībā pret citiem spēkiem. Niecīgs.
Dzīvot ilgi un plaukt
Lai meklētu supersimetriju, ķekars fiziķu sasmalcināja un uzbūvēja atomu iznīcinātāju, kuru sauca par Lielo hadronu sadursmi, kurš pēc gadiem ilgas smagas meklēšanas nonāca pie pārsteidzoša, bet sarūgtinoša secinājuma, ka gandrīz visi supersimetrijas modeļi ir nepareizi.
Čau.
Vienkārši sakot, mēs nevaram atrast nevienu partnera daļiņu. Nulle. Ziličs. Nada. Pasaulē visspēcīgākajā sadursmē, kur daļiņas pirms sadursmes ar otru tiek saspiestas ap riņķveida pretrunu, pirms sadursmes ar tām tiek rāvējslēdzēji, nav parādījušies supersimetrijas ieteikumi, kas dažkārt rada eksotiskas jaunas daļiņas. Tas nebūt nenozīmē, ka supersimetrija pati par sevi ir nepareiza, taču tagad ir izslēgti visi vienkāršākie modeļi. Vai ir pienācis laiks atteikties no supersimetrijas? Varbūt, bet var būt arī Sveika Marija: ilgstošas daļiņas.
Parasti daļiņu fizikas zemē, jo masīvāks tu esi, jo nestabilāks esi un jo ātrāk tu sadalīsies vienkāršākās, vieglākās daļiņās. Tas ir tikai veids, kā lietas ir. Tā kā sagaidāms, ka partneru daļiņas būs smagas (pretējā gadījumā mēs tās jau būtu redzējušas), mēs gaidījām, ka tās ātri sadalīsies citu lietu, kuras mēs varētu atpazīt, dušās, un tad mēs attiecīgi būvēsim detektorus.
Bet kā būtu, ja partnera daļiņas būtu ilgstošas? Kā būtu, ja, izmantojot kādu eksotiskas fizikas ķeksīti (dodiet teorētiķiem dažas stundas par to padomāt, un viņi nāks klajā ar vairāk nekā pietiekami daudz ķeksīšu, lai tas notiktu), šīm daļiņām izdodas izbēgt no mūsu detektoru robežām, pirms apzināti sabojājas kaut ko mazāk dīvainu? Šajā scenārijā mūsu meklēšanas rezultāti būtu pilnīgi tukši, vienkārši tāpēc, ka mēs nemeklējāmies pietiekami tālu. Arī mūsu detektori nav izstrādāti tā, lai varētu tieši meklēt šīs ilgmūžīgās daļiņas.
ATLAS uz glābšanu
Nesenā publikācijā, kas tiešsaistē publicēta 8. februārī par pirmsdrukas serveri arXiv, ATLAS (nedaudz neērts saīsinājums no A Toroidal LHC ApparatuS) sadarbības dalībniekiem lielajā hadronu sadursmē tika ziņots par šādu ilgstoši dzīvojošu daļiņu izmeklēšanu. Ar pašreizējo eksperimentālo iestatījumu viņi nevarēja meklēt visas iespējamās ilgstošās daļiņas, bet viņi varēja meklēt neitrālās daļiņas, kuru masa bija no 5 līdz 400 reizes lielāka par protonu.
ATLAS komanda ilgmūžīgās daļiņas meklēja nevis detektora centrā, bet gan tā malās, kas ļāva daļiņām pārvietoties jebkur no dažiem centimetriem līdz dažiem metriem. Cilvēku standartu ziņā tas var šķist ne tik tālu, bet masīvām, fundamentālām daļiņām tas tikpat labi varētu būt arī zināmā Visuma mala.
Protams, tas nav pirmais ilgstoši lietojamo daļiņu meklēšana, taču tas ir visplašākais, izmantojot gandrīz pilnu kravas daudzumu eksperimentu ierakstus Lielajā hadronu sadursmē.
Un lielais rezultāts: nekas. Nulle. Ziličs. Nada.
Neviena ilgstošu daļiņu pazīme.
Vai tas nozīmē, ka arī ideja ir mirusi? Ne gluži - šie instrumenti nebija īsti izstrādāti, lai dotos medībās uz šāda veida savvaļas zvēriem, un mēs tikai skrāpējam to, kas mums ir. Var paiet vēl viena paaudze eksperimentu, kas īpaši paredzēts ilgstošu daļiņu notveršanai, pirms mēs tos faktiski noķeram.
Vai, vēl nomācošāk, viņi neeksistē. Un tas nozīmētu, ka šīs radības kopā ar saviem supersimetriskajiem partneriem patiešām ir tikai spoki, par kuriem sapņo drudžaini fiziķi, un tas, kas mums patiesībā ir vajadzīgs, ir pilnīgi jauna sistēma, lai atrisinātu dažas no mūsdienu fizikas neatrisinātajām problēmām.
