Bir Higgs bozonu, 18 Mayıs 2012'de ATLAS dedektörü tarafından kaydedilen bu çarpışmada bozuluyor.
(Resim: © ATLAS)
Paul M. Sutter SUNY Stony Brook ve Flatiron Enstitüsü'nde astrofizikçi, ev sahibi Bir Uzay Adamına Sorun ve Uzay Radyove yazar "Evrendeki Yeriniz."Sutter bu makaleye katkıda bulundu Space.com'un Uzman Sesleri: Op-Ed & Insights.
Doğada simetriler, yerçekiminin evrenselliğinden, doğanın güçleri yüksek enerjilerde.
1970'lerde fizikçiler, evrenimizdeki elektronlardan fotonlara ve aradaki her şeye kadar her türlü parçacığı birleştiren potansiyel bir simetri ortaya çıkardılar. Bu bağlantı süpersimetri, spin'in garip kuantum özelliğine dayanır ve potansiyel olarak yeni bir fizik anlayışının kilidini açma anahtarını elinde tutar.
Simetriler güçtür
Yüzyıllar boyunca, simetriler fizikçilerin evrende altta yatan bağlantılar ve temel ilişkiler bulmasına izin verdi. Ne zaman Isaac Newton bir elmayı bir ağaçtan çeken yerçekiminin, ayın güneşin etrafında yörüngede kalmasıyla aynı kuvvet olduğu fikrine tıkladı, bir simetri keşfetti: yerçekimi yasaları gerçekten evrensel. Bu içgörü, doğanın nasıl işlediğini anlamada çok büyük bir adım atmasına izin verdi.
1800'lü yıllar boyunca, dünyanın dört bir yanındaki fizikçiler elektrik, manyetizma ve radyasyonun garip özelliklerine kafa karıştırdılar. Elektrik akımının bir kablodan aşağı akmasına ne sebep oldu? Bir dönen mıknatıs aynı akımı nasıl itebilir? Işık bir dalga mıydı yoksa bir parçacık mıydı? Tüm bu farklı araştırma dallarını tek bir basit denklem seti altında birleştiren James Clerk Maxwell'in on yıllarca zor düşünmesi, temiz bir matematiksel atılımla sonuçlandı: elektromanyetizma.
Albert Einstein Newton'un görüşlerini bir adım daha ileriye taşıyarak da iz bıraktı. Konumunuza veya hızınıza bakılmaksızın tüm fiziksel yasaların aynı olması gerektiğini maksimuma çıkararak, Özel görelilik; bu doğa simetrisini korumak için zaman ve mekan kavramlarının yeniden yazılması gerekiyordu. Ve bu karışıma yerçekimi eklemek onu Genel görelilik, bu gücü modern anlayışımız.
Koruma yasalarımız bile - enerjinin korunumu, momentumun korunumu vb. - simetriye bağlıdır. Her gün bir deney yapabileceğiniz ve aynı sonucu elde edebileceğiniz gerçeği, zaman içinde bir simetri ortaya çıkarır; Emmy Noether enerji konuşma yasasına götürür. Ve eğer denemenizi alıp odanın içinde hareket ettirir ve yine de aynı sonucu alırsanız, sadece uzayda bir simetri ve buna bağlı olarak momentumun korunmasını ortaya çıkardınız.
Dönen bir ayna
Makroskopik dünyada bu, doğada karşılaştığımız tüm simetrileri özetliyor. Fakat atomaltı dünyası farklı bir hikaye. Temel parçacıklar bizim evrenimiz "spin" olarak bilinen ilginç bir özelliğe sahip olmak. İlk olarak atomları çeşitli manyetik alanlardan vuran ve yollarının dönen, elektrik yüklü metal bir topla aynı şekilde sapmasına neden olan deneylerde keşfedildi.
Ancak atom altı parçacıklar dönmüyor, elektrik yüklü metal toplar; sadece belirli deneylerde onlar gibi davranıyorlar. Normal dünya analoglarından farklı olarak, atomaltı parçacıkların istedikleri miktarda dönüşleri olamaz. Bunun yerine, her bir parçacık kendi benzersiz miktarını alır.
Belirsiz çeşitli matematiksel nedenlerden dolayı, elektron gibi bazı parçacıkların spin dönüşü olurken, foton gibi diğer parçacıkların 1 dönüşü olur. Eğer bir fotonun muhtemelen dönen metal bir top gibi nasıl davranabileceğini merak ediyorsanız, çok fazla terleme; "spin" i, kütleleri ve yükleri gibi izlememiz gereken atom altı parçacıkların başka bir özelliği olarak düşünmekte özgürsünüz. Ve bazı parçacıkların bu özelliği daha fazla, bazılarının ise daha az özelliği vardır.
Genel olarak, parçacıkların iki büyük "ailesi" vardır: yarım tamsayı (1/2, 3/2, 5/2, vb.) Döndürenler ve tam tamsayı (0, 1, 2, vb.) .) çevirmek. Bu yarılanmalara "fermiyonlar" denir ve dünyamızın yapı taşlarından oluşur: elektronlar, kuarklar, nötrinolar vb. Wholsies "bozon" olarak adlandırılır ve doğa güçlerinin taşıyıcılarıdır: fotonlar, gluonlar ve geri kalanı.
İlk bakışta, bu iki parçacık ailesi muhtemelen farklı olamazdı.
Spartiküllerin senfonisi
1970 lerde, sicim kuramcıları bu spin özelliğine eleştirel olarak bakmaya başladı ve orada bir doğa simetrisi olup olmadığını merak etmeye başladı. Fikir, sicim topluluğunun dışında hızla genişledi ve parçacık fiziği üzerinde aktif bir araştırma alanı haline geldi. Eğer doğruysa, bu "süpersimetri" bu birbirinden farklı görünen iki parçacık ailesini birleştirecektir. Ama bu süpersimetri nasıl olurdu?
Temel öz, süpersimetride, her fermiyonun boğaz dünyasında bir "süper partikül parçacığı" (ya da kısaca "spartikülü" olacağı ve isimlerin sadece daha kötüye gideceği) ve tam tersi aynı kütleye sahip olmasıdır. ve şarj ama farklı bir spin.
Ama eğer spartikülleri aramaya gidersek, hiçbir şey bulamayız. Örneğin, elektronun spartikülü ("selekron") elektronla aynı kütleye ve yüke sahip olmalı, ancak 1 spin olmalıdır.
Bu parçacık mevcut değil.
Öyleyse, bir şekilde, bu simetri, evrenimizde kırılmalı ve parçacık çarpıştırıcılarımızın menzili dışında parçacıkların kütlelerini yükseltmelidir. Süpersimetri elde etmenin birçok farklı yolu vardır, hepsi de selectronlar, stop kuarkları, sneutrinolar ve diğer herkes için farklı kütleleri tahmin eder.
Şimdiye kadar süpersimetri için bir kanıt bulunamamıştır ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı en basit süpersimetrik modelleri dışladı. Tabuttaki son çivi olmasa da, teorisyenler başlarını kaşıyor, süpersimetrinin gerçekten doğada bulunup bulunmadığını ve bir şey bulamazsak ne düşünmemiz gerektiğini merak ediyorlar.
- Evren: Big Bang şimdi 10 kolay adımda
- 'Süper yerçekimi' teorisyenleri 3 milyon dolar Fizik Atılım Ödülü kazandı
- Antarktika'dan gelen gizemli parçacıklar fiziğe meydan okuyor
Bölümü dinleyerek daha fazla bilgi edinin "İp teorisi buna değer mi? (Bölüm 4: İhtiyacımız olan bir süper kahraman)" Ask A Spaceman podcast'inde iTunesve Web üzerinde http://www.askaspaceman.com. John C., Zachary H., @ edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @bblanchard, Aurie, Christopher M., @ unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. bu parçaya yol açan sorular için! Twitter'da #AskASpaceman kullanarak veya Paul'ü takip ederek kendi sorunuzu sorun @PaulMattSutter ve facebook.com/PaulMattSutter. Bizi Twitter'da takip edin @Spacedotcom veya Facebook.
