Parçacık fiziğinin iktidar teorisi, atomaltı dünyası hakkında her şeyi açıklıyor… olmayan kısımları hariç. Maalesef, Standart Model'e uygulanabilecek çok fazla sıfat yok. On yıllar boyunca yavaş yavaş inşa edilen bu temel fizik teorisi en iyi ip, sakız parçalarıyla birlikte kaba, hodgepodge ve MacGyver-ed olarak tanımlanır.
Yine de, muazzam çeşitlilikteki etkileşimleri ve süreçleri doğru bir şekilde tahmin eden inanılmaz derecede güçlü bir model.
Ancak bazı göze çarpan eksiklikleri var: Yerçekimi içermiyor; bazıları kuvvet veren çeşitli parçacıkların kütlelerini açıklayamaz; belirli nötrino davranışı için bir açıklaması yoktur; ve düz yukarı, karanlık maddenin varlığına bir cevap vermez.
Yani, bir şey bulmalıyız. Evrenimizi daha iyi anlamak için Standart Modelin ötesine geçmemiz gerekiyor.
Ne yazık ki, süpersimetrik teoriler olarak adlandırılan bu büyük ötesini açıklayan önde gelen rakiplerin çoğu son yıllarda dışlandı veya ciddi şekilde sınırlandı. Yine de, Standart Model tarafından kapsanmayan evrenin gizemli kısımlarını açıklayabilecek bir Hail Mary konsepti var: Uzun süredir süpersimetrik parçacıklar, bazen kısaca spartiküller deniyor. Ancak iç karartıcı bir şekilde, bu tuhaf top parçacıkları için son zamanlarda yapılan bir araştırma boş elle geri döndü.
Süper olmayan simetri
Şimdiye kadar mevcut Standart Modelin sınırlarını aşan en trend teoriler seti, süpersimetri olarak bilinen bir fikir sınıfında gruplandırılmıştır. Bu modellerde, doğada bulunan iki büyük parçacık kampının (tanıdık fotonlar gibi "bozonlar" ve "fermiyonlar" - elektronlar, kuarklar ve nötrinolar gibi) aslında garip bir kardeş ilişkisi vardır. Her bir bozonun fermion dünyasında bir ortağı vardır ve aynı şekilde her bir fermiyonun kendisinin adını vermesi gereken bir bozon arkadaşı vardır.
Bu ortakların hiçbiri (veya daha uygun olarak parçacık fiziğinin - "süper partnerin" kafa karıştırıcı jargonunda) bilinen parçacıkların normal ailesi arasında değildir. Bunun yerine, genellikle çok, çok daha ağır, daha yabancı ve genellikle garip görünümlüdürler.
Bilinen parçacıklar ve onların süper partneri arasındaki bu kütle farkı, simetri kırma adı verilen bir şeyin sonucudur. Bu, yüksek enerjilerde (parçacık hızlandırıcılarının iç kısımları gibi), parçacıklar ve ortakları arasındaki matematiksel ilişkilerin eşit kütlelere yol açan eşit bir omurga üzerinde olduğu anlamına gelir. Düşük enerjilerde (normal, günlük yaşamda yaşadığınız enerji seviyeleri gibi), bu simetri kırılır ve partikül parçacık kütlelerinin fırlamasına yol açar. Bu mekanizma önemlidir, çünkü örneğin yer çekiminin neden diğer kuvvetlerden daha zayıf olduğunu potansiyel olarak açıklar. Matematik sadece biraz karmaşıktır, ancak kısa versiyon şudur: Evrende bir şey kırıldı ve normal parçacıkların süper partnerinden daha az masif olmasına neden oldu. Aynı kırma hareketi yerçekimini cezalandırabilir ve diğer kuvvetlere göre gücünü azaltabilir. Şık.
Uzun yaşa ve başarılı ol
Süpersimetri avlamak için, yıllar süren zorlu araştırmalardan sonra neredeyse tüm süpersimetri modellerinin yanlış olduğu şaşırtıcı ama hayal kırıklığı yaratan bir sonuca ulaşan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olarak adlandırılan bir grup fizikçi parçalandı ve inşa etti.
Whoops.
Basitçe söylemek gerekirse, herhangi bir ortak parçacık bulamıyoruz. Sıfır. Sıfır. Nada. Dünyanın en güçlü çarpıştırıcısında hiçbir süpersimetri ipucu ortaya çıkmadı, burada parçacıklar birbirleriyle çarpışmadan önce neredeyse ışık hızında dairesel bir mekanizma etrafında sıkıştırıldı, bu da bazen egzotik yeni parçacıkların üretilmesine neden oldu. Her zaman süpersimetrinin yanlış olduğu anlamına gelmez, ancak tüm en basit modeller artık göz ardı edilmiştir. Süpersimetriden vazgeçme zamanı geldi mi? Belki, ama dolu bir Meryem olabilir: uzun ömürlü parçacıklar.
Genellikle, parçacık fiziği ülkesinde, ne kadar masif olursanız, o kadar dengesiz olursunuz ve daha basit, daha hafif parçacıklara ne kadar hızlı bozunursunuz. Sadece işler böyle. Ortak partiküllerin hepsinin ağır olması beklendiğinden (aksi takdirde bunları şimdiye kadar görmüş olurduk), tanıyabileceğimiz diğer şeylerin duşlarına çabucak çürümelerini bekledik ve sonra dedektörlerimizi buna göre inşa edecektik.
Peki ya partikül partikülleri uzun ömürlü olsaydı? Ya egzotik fizik tuhaflığıyla (teorisyenlere bunun hakkında düşünmeleri için birkaç saat verin ve bunu gerçekleştirmek için yeterli tuhaflıklarla karşılaşacaklarsa), bu parçacıklar, dedektiflerimizin çürümeden önce sınırlarından kaçmayı başarabilirler. daha az garip bir şeye? Bu senaryoda, aramalarımız tamamen boş olurdu, çünkü yeterince uzağa bakmıyorduk. Ayrıca, dedektörlerimiz bu uzun ömürlü parçacıkları doğrudan arayabilecek şekilde tasarlanmamıştır.
ATLAS kurtarmak için
8 Şubat'ta preprint sunucusu arXiv hakkında çevrimiçi olarak yayınlanan yakın tarihli bir makalede, ATLAS üyeleri (A Toroidal LHC ApparatuS için biraz garip steno), Büyük Hadron Çarpıştırıcısı işbirliğinde böyle uzun ömürlü parçacıklar hakkında bir soruşturma bildirdi. Mevcut deney düzeneği ile, olası her uzun ömürlü parçacığı arayamadılar, ancak protonunkinin 5 ila 400 katı kütleli nötr parçacıkları arayabildiler.
ATLAS ekibi, dedektörün merkezinde değil, kenarlarında, parçacıkların birkaç santimetreden birkaç metreye kadar herhangi bir yere gitmesine izin veren uzun ömürlü parçacıkları aradı. Bu, insan standartları açısından çok uzak görünmeyebilir, ancak büyük, temel parçacıklar için, bilinen evrenin kenarı da olabilir.
Tabii ki, bu uzun ömürlü parçacıklar için ilk arama değil, ancak Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki neredeyse tüm deney kayıtlarının tam ağırlığını kullanarak en kapsamlı olanıdır.
Ve büyük sonuç: Hiçbir şey. Sıfır. Sıfır. Nada.
Uzun ömürlü parçacıkların tek bir işareti değil.
Bu, fikrin de öldüğü anlamına mı geliyor? Pek değil - bu enstrümanlar bu tür vahşi hayvanlar için avlanmak için gerçekten tasarlanmamıştı ve biz sadece sahip olduklarımızla kazıdık. Uzun ömürlü parçacıkları gerçekten yakalamadan önce yakalamak için özel olarak tasarlanmış başka bir nesil deneyler gerekebilir.
Veya daha iç karartıcı bir şekilde, onlar yok. Ve bu, bu yaratıkların - süpersimetrik ortaklarıyla birlikte - gerçekten sadece ateşli fizikçiler tarafından hayal edilen hayaletler olduğu ve aslında ihtiyacımız olan şey, modern fiziğin bazı problemlerini çözmek için tamamen yeni bir çerçeve.
