Хигсов бозон пропада у овом судару који је забележио АТЛАС детектор 18. маја 2012.
(Слика: © АТЛАС)
Паул М. Суттер је астрофизичар из СУНИ Стони Броок и Института Флатирон, домаћин Питајте свемира и Свемирски радиои аутор „Ваше место у универзуму."Суттер је допринео овом чланку Гласови стручњака Спаце.цом-а: Оп-Ед & Инсигхтс.
Симетрије у природи покрећу наше темељно разумевање космоса, од универзалности гравитације до обједињавања силе природе при високим енергијама.
У 1970-им, физичари су открили потенцијалну симетрију која је обједињавала све врсте честица у нашем универзуму, од електрона до фотона и свега између. Ова веза, позната као суперсиметрија, ослања се на чудно квантно својство спина и потенцијално држи кључ за откључавање новог разумевања физике.
Симетрије су моћ
Вековима су симетрије омогућавале физичарима да пронађу основне везе и темељне односе у свемиру. Када Исак Њутн први кликнуо на идеју да је гравитација која вуче јабуку са дрвета потпуно иста сила која одржава месец у орбити око сунца и открио симетрију: закони гравитације су заиста универзални. Овај увид омогућио му је огроман скок у разумевању начина на који функционира природа.
Током 1800-их, физичари широм света збунили су се чудним својствима електричне енергије, магнетизма и зрачења. Шта је натерало електричну струју да тече низ жицу? Како би магнет који се окреће могао да гурне ту исту струју? Да ли је светлост био талас или честица? Декада деценија тешког размишљања кулминирале су чистим математичким пробојем Јамеса Цлерка Маквелл-а, који је објединио све ове различите гране истраживања под једним сетом једноставних једначина: електромагнетизам.
Алберт Ајнштајн такође је оставио свој траг, тако што је Невтонов увид направио корак даље. Узимајући као максимум да су сви физички закони требали бити исти без обзира на ваш положај или брзину, открио је специјална релативност; појмови времена и простора морали су се преправити да би се очувала та симетрија природе. А додавање гравитације тој мешавини довело га је и до тога општа релативност, наше модерно разумевање те силе.
Чак и наши закони очувања - очување енергије, очување замаха и тако даље - зависе од симетрије. Чињеница да можете да изводите експеримент из дана у дан и да добијете исти резултат открива симетрију кроз време, која кроз математичку генијалност Емми Ноетхер води ка закону разговора о енергији. А ако покупите експеримент и преместите га по соби и даље добијете исти резултат, само сте открили симетрију кроз простор и одговарајућу очуваност замаха.
Огледало које се окреће
У макроскопском свету то сажима све симетрије које смо срели у природи. Али субатомски свет је другачија прича. Основне честице наш универзум имају занимљиво својство познато као "центрифуга". Прво је откривено у експериментима који су пуцали атоме кроз разнолико магнетно поље, проузрокујући да се њихови путеви одбију на исти начин као што би се вртела, електрично набијена метална кугла.
Али субатомске честице се не окрећу, електрично наелектрисане металне куглице; само се понашају попут њих у одређеним експериментима. А за разлику од својих аналога из редовног света, субатомске честице не могу имати ротацију какву желе. Уместо тога, свака врста честица добија своју јединствену количину центрифуге.
Из разних опскурних математичких разлога, неке честице попут електрона добијају спин 1/2, док друге честице попут фотона имају спин 1. Ако се питате како би се фотон могао понашати попут окретне наелектрисане металне куглице, тада не зноји се превише; слободни сте да само размишљате о „центрифугирању“ као о још једном својству субатомских честица које морамо пратити, попут њихове масе и набоја. А неке честице имају више овог својства, а неке мање.
Уопште, постоје две велике "породице" честица: оне са полу-целим бројевима (1/2, 3/2, 5/2, итд.), И оне са целим целим бројевима (0, 1, 2, итд.) .) завртети. Полисије се називају „фермиони“ и састоје се од грађевних блокова нашег света: електрона, кваркова, неутрина и тако даље. Све се зову "бозони" и носиоци су природних сила: фотона, глуона и осталих.
На први поглед, ове две породице честица не могу бити другачије.
Симфонија делића
1970-их теоретичари струна почео критички да гледа на ово својство спина и почео да се пита да ли тамо можда постоји симетрија природе. Идеја се брзо проширила изван заједнице жица и постала је активно подручје истраживања у физици честица. Ако је тачно, ова „суперсиметрија“ објединила би ове две наизглед различите породице честица. Али како би изгледала ова суперсиметрија?
Основна суштина је да би у суперсиметрији сваки фермион имао „честицу суперпартнера“ (или „кратак део“) - а имена ће се само погоршати) у свету бозона, и обрнуто, са тачно истом масом и пуњење, али другачије завртање.
Али ако кренемо у потрагу за поделима, не проналазимо их. На пример, делић електрона ("селектрон") треба да има исту масу и наелектрисање као и електрон, али спин од 1.
Та честица не постоји.
Дакле, некако се ова симетрија мора разбити у нашем свемиру, подижући масу делића изван домета наших судара честица. Постоји много различитих начина за постизање суперсиметрије, сви предвиђају различите масе за селероне, стоп кваркове, снеутрино и све остале.
До данас нису пронађени докази за суперсиметрију и експерименти на Велики хадронски сударач искључили су најједноставније суперсиметричне моделе. Иако није баш последњи ексер у лијесу, теоретичари се гребете по глави питајући се да ли суперсиметрија заиста не постоји у природи и шта бисмо требали смислити ако не можемо ништа пронаћи.
- Свемир: Велики прасак до сада у 10 једноставних корака
- Теоретичари „Супергравитације“ освајају награду за пробој из физике од три милиона долара
- Мистериозне честице које лупају са Антарктика пркосе физици
Сазнајте више преслушавањем епизоде "Да ли вреди теорија струна? (Део 4: Потребан нам је суперхерој)" у подкасту Аск А Спацеман, доступан на иТунеси на Интернету на хттп://ввв.аскаспацеман.цом. Захваљујући Јохн Ц., Зацхари Х., @едит_роом, Маттхев И., Цхристопхер Л., Кризна В., Саиан П., Неха С., Зацхари Х., Јоице С., Маурицио М., @схреницсхах, Панос Т ., Дхрув Р., Мариа А., Тер Б., оиСнови, Еван Т., Дан М., Јон Т., @твбланцхард, Аурие, Цхристопхер М., @унплуггед_вире, Гиацомо С., Гулли Ф. за питања која су довела до овог дела! Поставите своје питање на Твиттеру користећи #АскАСпацеман или пратећи Паула @ПаулМаттСуттер и фацебоок.цом/ПаулМаттСуттер. Пратите нас на Твиттеру @Спацедотцом или Фејсбук.
