Biblia fizicii particulelor moare pentru o actualizare. Și fizicienii pot avea doar acel lucru: unele particule și forțe ar putea să se uite în oglindă și să nu se recunoască. Aceasta, în sine, ar trimite așa-numitul Model Standard într-o coadă de coadă.
Aproape toate reacțiile fundamentale dintre particulele subatomice ale universului arată la fel când sunt întoarse într-o oglindă. Imaginea în oglindă, numită paritate, se spune atunci că este simetrică, sau că are simetrie de paritate, în vorbirea fizică.
Desigur, nu toată lumea respectă regulile. Știm că, de exemplu, reacțiile care implică forța nucleară slabă, care este, de asemenea, ciudat pentru o mulțime de alte motive, încalcă simetria parității. Așadar, este motivul altor forțe și particule din lumea cuantică sunt, de asemenea, încălcători de reguli în acest domeniu.
Fizicienii au câteva idei despre aceste alte reacții ipotetice care nu ar arăta la fel în oglindă și, prin urmare, ar încălca simetria parității. Aceste reacții ciudate ne-ar putea orienta către o fizică nouă care ne-ar putea ajuta să trecem dincolo de Modelul standard al fizicii particulelor, rezumatul nostru actual al tuturor lucrurilor subatomice.
Din păcate, nu vom vedea niciodată majoritatea acestor reacții ciudate în laboratoarele noastre de atomi și laboratoare. Interacțiunile sunt prea rare și slabe pentru a fi detectate cu instrumentele noastre, care sunt reglate la alte tipuri de interacțiuni. Dar pot exista câteva excepții rare. Cercetătorii de la cea mai mare distrugere cu atomi din lume, The Big Hadron Collider (LHC), situat în apropiere de Geneva, au urmărit aceste interacțiuni rare. Până acum, au venit cu mâinile goale, dar chiar și acest rezultat este iluminant. Aceste rezultate negative ajută la eliminarea ipotezelor infructuale din considerente, permițând fizicienilor să se concentreze pe căi mai promițătoare în căutarea unei noi fizici.
Oglinda oglinjoara
Unul dintre cele mai importante concepte în toată fizica este cel al simetriei. Ai putea chiar să argumentezi în mod rezonabil că fizicienii sunt doar vânători de simetrie. Simetriile dezvăluie legile fundamentale ale naturii care guvernează lucrările cele mai interioare ale realității. Simetria este o afacere mare.
Deci ce este? O simetrie înseamnă că dacă schimbați un element într-un proces sau interacțiune, procesul rămâne același. Fizicienii spun apoi că procesul este simetric în raport cu această schimbare. Sunt deliberat vag aici, deoarece există atât de multe tipuri de simetrie. De exemplu, uneori puteți schimba semnul taxelor pe particule, alteori puteți rula procesele înainte sau înapoi în timp, iar alteori puteți rula o versiune cu imagine în oglindă a procesului.
Aceasta din urmă, privind un proces în oglindă, se numește simetria parității. Majoritatea interacțiunilor subatomice în fizică vă oferă exact același rezultat, fie că s-au făcut chiar în fața voastră sau în oglindă. Dar unele interacțiuni încalcă această simetrie, cum ar fi forța nucleară slabă, mai ales când neutrinii sunt produși în interacțiuni care implică această forță.
Neutrinii se învârt întotdeauna „înapoi” (cu alte cuvinte, axa spinului lor se îndepărtează de direcția de mișcare), în timp ce antineutrinii se învârt „înainte” (axa lor se îndreaptă drept înainte în timp ce zboară). Asta înseamnă că există diferențe foarte subtile în ceea ce privește numărul de neutrini și antineutrini produse atunci când executați un experiment obișnuit, versus un experiment cu oglindă care se bazează pe forța nucleară slabă.
Oglinzi sparte
Din câte știm, forța nucleară slabă și forța nucleară slabă încalcă singură simetria parității. Dar poate că nu este singur.
Știm că fizica dincolo de ceea ce înțelegem în prezent trebuie să existe. Și unele dintre acele idei și concepte ipotetice încalcă și simetria parității. De exemplu, unele dintre aceste teorii prezic asimetrii subtile în interacțiuni altfel-normale care implică tipurile de particule pe care le examinează de obicei LHC.
Desigur, aceste idei ipotetice sunt exotice, complexe și foarte greu de testat. Și în multe cazuri, nu suntem exact siguri de ceea ce căutăm.
Problema este că, deși știm că concepția noastră actuală despre lumea particulelor, numită Modelul Standard, este incompletă, nu știm unde să o înlocuim. Mulți fizicieni au sperat că LHC va dezvălui ceva - o particulă nouă, o interacțiune nouă, orice, deloc - care ne-ar îndrepta către ceva nou și interesant, dar până acum toate acele căutări au eșuat.
Multe dintre teoriile fostului front-runner pentru ceea ce este dincolo de Modelul Standard (cum ar fi supersimetria) sunt încet încet. Aici poate fi utilă încălcarea parității-simetrie.
Aproape toate extensiile ipotetice comune ale modelului standard includ limitarea că doar forța nucleară slabă încalcă simetria parității. (Acest lucru este integrat în matematica fundamentală a modelelor, în cazul în care v-ați întreba cum funcționează.) Asta înseamnă că concepte precum supersimetria, axiile și leptoquark-urile toate păstrează această simetrie rupt exact unde este și nicăieri altundeva.
Dar uite, oameni buni, dacă aceste extensii comune nu se extind, poate este timpul să ne lărgim orizonturile.
Peeling înapoi paritate
Din acest motiv, o echipă de cercetători a căutat încălcări ale parității într-o memorie cache a datelor lansate de experimentul Compact Muon Solenoid (CMS) la LHC; ei și-au detaliat rezultatele într-un studiu publicat pe 29 aprilie către serverul de preimprimare arXiv. Aceasta a fost o căutare destul de complicată, întrucât LHC nu este chiar configurat să caute încălcări ale parității. Dar cercetătorii au descoperit în mod inteligent o modalitate de a o face examinând resturile în interacțiunile dintre alte particule.
Rezultatul: nu au fost găsite indicii de încălcare a parității. Hooray pentru modelul standard (din nou). Deși este cam dezamăgitor faptul că această cercetare nu a deschis o nouă frontieră a fizicii, aceasta va ajuta la clarificarea căutărilor viitoare. Dacă continuăm să căutăm și nu facem încă nicio dovadă pentru încălcarea parității în afara forței nucleare slabe, atunci știm că orice se află dincolo de Modelul Standard trebuie să aibă unele structuri matematice ca teoria principală și să permită doar forței nucleare slabe arată diferit în oglindă.
