Higgsov bozon razpade v tem trčenju, ki ga je 18. maja 2012 zabeležil detektor ATLAS.
(Slika: © ATLAS)
Paul M. Sutter je astrofizik iz SUNY Stony Brook in inštituta Flatiron, gostitelj Vprašajte vesoljca in Vesoljski radioin avtor "Vaše mesto v vesolju."Sutter je prispeval ta članek Glasovi strokovnjakov Space.com: Op-Ed & Vpogledi.
Simetrije v naravi temeljijo na našem temeljnem razumevanju kozmosa, od univerzalnosti gravitacije do poenotenja sile narave pri visoki energiji.
V 70. letih prejšnjega stoletja so fiziki odkrili potencialno simetrijo, ki je združevala vse vrste delcev v našem vesolju, od elektronov do fotonov in vse vmes. Ta povezava, znana kot supersimetrija, se opira na čudno kvantno lastnost vrtenja in je potencialno ključ do odklepanja novega razumevanja fizike.
Simetrije so moč
Simetrije že stoletja omogočajo fizikom, da najdejo temeljne povezave in temeljne odnose v vesolju. Kdaj Isaac Newton najprej kliknil na idejo, da je gravitacija, ki vleče jabolko z drevesa, popolnoma enaka sila, ki Luno drži v orbiti okoli sonca, odkril simetrijo: zakoni gravitacije so resnično univerzalni. Ta vpogled mu je omogočil ogromen preskok v razumevanju, kako deluje narava.
Skozi 1800s so fiziki po vsem svetu zmedeni nad čudnimi lastnostmi električne energije, magnetizma in sevanja. Kaj je povzročilo, da je električni tok tekel po žici? Kako bi lahko vrteči magnet ta isti tok potisnil naokoli? Je bil svetloba val ali delček? Desetletja težkega razmišljanja so bila vrhunec čistega matematičnega preboja Jamesa Clerka Maxwella, ki je vse te različne veje preiskovanja združil v enoten sklop preprostih enačb: elektromagnetizem.
Albert Einstein je svojo znamenitost naredil tudi s tem, ko je Newtonov vpogled stopil še korak dlje. Kot maksimum je, da morajo biti vsi fizični zakoni enaki, ne glede na vaš položaj ali hitrost, je razkril posebna relativnost; da bi ohranili to simetrijo narave, je bilo treba preoblikovati predstave o času in prostoru. In dodajanje težnosti tej mešanici ga je pripeljalo do splošna relativnost, naše sodobno razumevanje te sile.
Celo naši zakoni o ohranjanju - ohranjanje energije, ohranjanje zagona in tako naprej - so odvisni od simetrije. Dejstvo, da lahko izvajate eksperiment iz dneva v dan in dobite enak rezultat, razkriva simetrijo skozi čas, ki skozi matematični genij Emmy Noether vodi v zakon pogovora energije. In če vzamete eksperiment in ga premaknete po sobi in še vedno dobite enak rezultat, ste le odkrili simetrijo skozi vesolje in ustrezno ohranitev zagona.
Vrteče se ogledalo
V makroskopskem svetu to povzema vse simetrije, s katerimi smo se srečevali v naravi. Toda subatomski svet je drugačna zgodba. Temeljni delci naše vesolje imajo zanimivo lastnost, znano kot "predenje". Prvič so odkrili v poskusih, ki so atome streljali skozi različno magnetno polje, zaradi česar so se njihove poti odklonile na enak način, kot bi se vrtela, električno nabiti kovinska krogla.
Toda subatomski delci se ne vrtijo, električno nabiti kovinske kroglice; v določenih poskusih samo delujejo kot oni. In za razliko od svojih običajnih svetovnih analogov subatomski delci ne morejo imeti vrtenja, ki bi si ga želeli. Namesto tega vsaka vrsta delcev dobi svojo edinstveno količino spina.
Zaradi različnih nejasnih matematičnih razlogov nekateri delci, kot je elektron, imajo spin 1/2, medtem ko drugi delci, kot je foton, dobijo spin 1. Če se sprašujete, kako bi se foton morda obnašal kot kovinasta krogla, ki se zavrti, potem ne znojite se preveč; lahko samo pomislite na "vrtenje" kot še eno lastnost subatomskih delcev, ki jih moramo spremljati, kot je njihova masa in naboj. In nekateri delci imajo to lastnost več, nekateri pa manj.
Na splošno obstajata dve veliki "družini" delcev: tisti s pol-celim številom (1/2, 3/2, 5/2 itd.) In tistimi s celoštevilnimi (0, 1, 2, itd.) .) predenje. Polovičke imenujemo "fermioni" in jih sestavljajo gradniki našega sveta: elektroni, kvarki, nevtrini in tako naprej. Wholsies se imenujejo "bozoni" in so nosilci sil narave: fotonov, gluonov in ostalih.
Na prvi pogled se ti dve družini delcev nikakor ne bi mogli razlikovati.
Simfonija delčkov
V sedemdesetih letih je dr. teoretiki strun začel kritično gledati na to lastnost vrtenja in se začel spraševati, ali je tam morda simetrija narave. Ideja se je hitro razširila zunaj strunske skupnosti in postala dejavno področje raziskovanja fizike delcev. Če je res, bi ta "super-simetrija" združila ti dve na videz različni družini delcev. Toda kako bi izgledala ta supersimetrija?
Osnovna vsebina je, da bi pri superpersimetriji vsak fermion imel "superpartnerski delček" (ali na kratko "delček" - in imena se bodo samo še poslabšala) v svetu bozonov in obratno, s točno enako maso in polnjenje, vendar drugačno vrtenje.
Če pa bomo iskali delčke, jih ne najdemo. Na primer, delček elektrona ("selektron") mora imeti enako maso in naboj kot elektron, vendar spin 1.
Ta delček ne obstaja.
Tako je nekako treba v našem vesolju razbiti to simetrijo, kar bo povečalo mase delcev izven dosega naših trkalcev delcev. Obstaja veliko različnih načinov doseganja super-simetrije, vsi napovedujejo različne mase za selektone, stop-kvarke, sneutrino in vse druge.
Do danes ni bilo najdenih nobenih dokazov o super-simetriji in poskusov na Veliki hadronski trkalnik so izključili najpreprostejše super-simetrične modele. Čeprav ni ravno zadnji žebelj v krsti, se teoretiki praskajo po glavi in se sprašujejo, ali v naravi res ni superpersimetrije in kaj bi si morali omisliti, če ne najdemo ničesar.
- Vesolje: Big Bang do zdaj v 10 preprostih korakih
- Teoretiki "Supergravitacije" osvojijo nagrado za preboj fizike v višini treh milijonov dolarjev
- Skrivnostni delci, ki izvirajo iz Antarktike, kljubujejo fiziki
Preberite več o poslušanju epizode "Ali je teorija strun vredna? (4. del: Potrebujemo superjunak)" v podkastu Ask A Spaceman, ki je na voljo na iTunesin v spletu na http://www.askaspaceman.com. Hvala 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., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. za vprašanja, ki so privedla do tega dela! Zastavite svoje vprašanje na Twitterju s pomočjo #AskASpaceman ali z upoštevanjem Paula @PaulMattSutter in facebook.com/PaulMattSutter. Spremljajte nas na Twitterju @Spacedotcom ali Facebook.
