Teoria guvernantă a fizicii particulelor explică totul despre lumea subatomică ... cu excepția părților care nu. Și, din păcate, nu există o mulțime de adjective măgulitoare care pot fi aplicate așa-numitului model standard. Construită încetul cu încetul de-a lungul deceniilor, această teorie a fizicii fundamentale este cel mai bine descrisă ca fiind ingenioasă, hodgepodge și MacGyver, împreună cu bucăți de sfoară și gumă de mestecat.
Totuși, este un model incredibil de puternic, care prezice cu exactitate o varietate extraordinară de interacțiuni și procese.
Dar are unele deficiențe evidente: nu încorporează gravitația; nu poate explica masele diferitelor particule, dintre care unele conferă forță; nu are o explicație pentru un anumit comportament neutrino; și nu are un răspuns pentru existența materiei întunecate.
Deci, trebuie să ne dăm seama de ceva. Trebuie să depășim Modelul Standard pentru a înțelege mai bine universul nostru.
Din păcate, mulți dintre concurenții de vârf care explică acest mare dincolo - numite teorii supersimetrice - au fost excluse sau limitate sever în ultimii ani. Există încă un concept Hail Mary care ar putea explica părțile misterioase ale universului care nu sunt acoperite de Modelul Standard, cu toate acestea: particule supersimetrice de lungă durată, uneori numite sparticule. Dar deprimant, o căutare recentă a acestor particule ciudate a revenit cu mâna goală.
Simetrie nu atât de super
De departe, cel mai modern set de teorii care trec dincolo de limitele modelului standard actual sunt grupate într-o clasă de idei cunoscută sub numele de supersimetrie. În aceste modele, cele două tabere majore de particule din natură („bosoni”, cum ar fi fotonii cunoscuți și „fermionii” - cum ar fi electronii, quark-urile și neutrinoii) au de fapt un fel de relație ciudată. Fiecare boson are un partener în lumea fermionului și, de asemenea, fiecare fermion are un prieten boson pentru a-și suna propriul.
Niciunul dintre acești parteneri (sau mai adecvat în jargonul confuz al fizicii particulelor - „superparteneri”) nu face parte din familia normală a particulelor cunoscute. În schimb, acestea sunt de obicei mult mai, mult mai grele, mai ciudate și, în general, mai ciudate.
Această diferență de masă între particulele cunoscute și superpartenele lor este rezultatul a ceva numit rupere de simetrie. Acest lucru înseamnă că la energiile mari (cum ar fi elementele interne ale acceleratoarelor de particule), relațiile matematice dintre particule și partenerii lor sunt pe chină uniformă, ceea ce duce la mase egale. Totuși, la energii scăzute (cum ar fi nivelul de energie pe care îl resimți în viața normală, de zi cu zi), această simetrie este ruptă, trimițând masele de particule partenere răsunătoare. Acest mecanism este important, deoarece se întâmplă, de asemenea, să explici potențialul de ce, de exemplu, gravitația este cu atât mai slabă decât celelalte forțe. Matematica este doar un pic complicat, dar versiunea scurtă este aceasta: Ceva s-a rupt în univers, determinând particulele normale să devină drastic mai puțin masive decât superpartenii lor. Aceeași acțiune de rupere ar fi putut pedepsi gravitația, diminuându-și puterea în raport cu celelalte forțe. Talentat.
Trăiește mult și prosperă
Pentru a căuta supersimetria, o grămadă de fizicieni au intrat în clădire și au construit spărgătorul de atomi numit Colibrul de Hadroni Mari, care după ani de căutări dure a ajuns la concluzia surprinzătoare, dar dezamăgitoare, că aproape toate modelele de supersimetrie erau greșite.
Hopa.
Mai simplu spus, nu putem găsi particule partenere. Zero. Zilch. Nada. Niciun indiciu de supersimetrie nu a apărut în cel mai puternic colizor din lume, în care particulele sunt închise în jurul unei contracții circulare aproape de viteza luminii înainte de a se ciocni între ele, ceea ce uneori produce producerea de particule noi exotice. Nu înseamnă neapărat că supersimetria este greșită, în sine, dar toate cele mai simple modele au fost acum excluse. E timpul să abandonezi supersimetria? Poate, dar s-ar putea să existe o Salutare Maria: particule de lungă durată.
De obicei, în țara fizicii particulelor, cu cât sunteți mai masivi, cu atât sunteți mai instabili și mai repede veți decada în particule mai simple, mai ușoare. Este exact așa cum stau lucrurile. Deoarece toate particulele partenere sunt așteptate să fie grele (în caz contrar, le-am fi văzut până acum), ne-am așteptat să se descompună rapid în dușurile altor lucruri pe care le-am putea recunoaște și atunci am fi construit detectoarele noastre în consecință.
Dar dacă particulele partenere au fost de lungă durată? Ce se întâmplă dacă, printr-o atârnare a fizicii exotice (acordați teoreticienilor câteva ore să se gândească la asta, și vor veni cu mai mult decât suficiente cerințe pentru a face acest lucru), aceste particule reușesc să scape de limitele detectoarelor noastre înainte de a se degrada. în ceva mai puțin ciudat? În acest scenariu, căutările noastre ar fi fost complet goale, pur și simplu pentru că nu priveam destul de departe. De asemenea, detectoarele noastre nu sunt proiectate pentru a putea căuta direct aceste particule de lungă durată.
ATLAS la salvare
Într-o lucrare recentă publicată online pe 8 februarie pe serverul de preimprimare arXiv, membrii colaborării ATLAS (o manevră oarecum penibilă pentru A Toroidal LHC ApparatuS) la Large Hadron Collider au raportat o anchetă asupra unor astfel de particule de lungă durată. Cu actuala configurație experimentală, nu au putut căuta fiecare posibilă particulă cu durată lungă de viață, dar au fost capabili să caute particule neutre cu mase între 5 și 400 de ori mai mari decât ale protonului.
Echipa ATLAS a căutat particule de lungă durată nu în centrul detectorului, ci la marginile acestuia, ceea ce ar fi permis particulelor să călătorească oriunde de la câțiva centimetri până la câțiva metri. Acest lucru nu poate părea foarte departe în ceea ce privește standardele umane, dar pentru particule masive, fundamentale, ar putea fi la fel de bine marginea universului cunoscut.
Desigur, aceasta nu este prima căutare a particulelor cu durată lungă de viață, dar este cea mai cuprinzătoare, folosind aproape toată greutatea încărcăturilor de înregistrări experimentale de la Colizorul de Hadroni Mari.
Iar rezultatul cel mare: Nimic. Zero. Zilch. Nada.
Nu este un singur semn al particulelor de lungă durată.
Asta înseamnă că și ideea este moartă? Nu tocmai - aceste instrumente nu au fost concepute cu adevărat pentru a merge la vânătoare pentru aceste tipuri de fiare sălbatice, iar noi nu facem decât să războim cu ceea ce avem. Este posibil să fie nevoie de o altă generație de experimente special concepute pentru a prinde particule de lungă durată înainte de a prinde efectiv una.
Sau, mai deprimant, nu există. Și asta ar însemna că aceste creaturi - alături de partenerii lor suprasimetrici - sunt cu adevărat doar fantome visate de fizicieni febrili, iar ceea ce avem de fapt nevoie de un cadru cu totul nou pentru rezolvarea unora dintre problemele deosebite ale fizicii moderne.
