Біблія фізики частинок вмирає для оновлення. А фізикам може бути саме те: Деякі частинки і сили можуть дивитися в дзеркало і не розпізнавати себе. Це само по собі дозволило б надіти так звану Стандартну модель у хвостик.
Практично всі основні реакції між субатомними частинками Всесвіту виглядають однаково, коли вони перевертаються в дзеркало. У дзеркальному зображенні, яке називається паритет, у фізиці говорять як симетричне, або симетричне паритет.
Звичайно, не всі дотримуються правил. Ми знаємо, що, наприклад, реакції на слабку ядерну силу, що також дивно через цілу купу інших причин, порушує симетричність паритету. Таким чином, слід вважати, що інші сили і частинки в квантовому світі також є порушниками правил у цій галузі.
Фізики мають деякі уявлення про ці інші гіпотетичні реакції, які б не виглядали однаково в дзеркалі і, отже, порушили б симетричність паритету. Ці дивні реакції можуть вказати на нову фізику, яка могла б допомогти нам пройти повз Стандартну модель фізики частинок, наш сучасний підсумок всіх субатомних речей.
На жаль, більшість цих дивних реакцій ми ніколи не побачимо в наших атомних розтрощувачах та лабораторіях. Взаємодії є надто рідкісними і слабкими, щоб їх можна було виявити за допомогою наших інструментів, налаштованих на інші види взаємодій. Але можуть бути рідкісні винятки. Дослідники найбільшого світового атомного розтрощувача - Великого адронного колайдера (LHC), розташованого поблизу Женеви, полювали на ці рідкісні взаємодії. Поки що вони вийшли з порожніми руками, але навіть цей результат висвітлює. Ці негативні результати допомагають викреслити безрезультатні гіпотези з розгляду, дозволяючи фізикам зосередитись на більш перспективних напрямках полювання на нову фізику.
Дзеркало, дзеркало на стіні
Одне з найважливіших понять у всій фізиці - це симетрія. Можна навіть розумно стверджувати, що фізики - це лише мисливці на симетрію. Симетрії розкривають основні закони природи, які керують найпотаємнішими діями реальності. Симетрія - велика справа.
Так що це? Симетрія означає, що якщо ви змінюєте один елемент у процесі чи взаємодії, процес залишається тим самим. Потім фізики кажуть, що процес симетричний щодо цієї зміни. Мені тут навмисно розпливається, бо існує так багато різних видів симетрії. Наприклад, іноді ви можете змінити знак зарядів на частинки, іноді ви можете запускати процеси вперед або назад у часі, а іноді можна запускати дзеркальне зображення процесу.
Останнє, дивлячись на процес у дзеркалі, називається симетрією паритету. Більшість субатомних взаємодій з фізики дають точно такий же результат, чи то вони зроблені прямо перед вами, чи в дзеркалі. Але деякі взаємодії порушують цю симетрію, як і слабка ядерна сила, особливо коли нейтрино виробляється у взаємодіях із участю цієї сили.
Нейтрино завжди крутяться "назад" (іншими словами, вісь їх спіна вказує від напрямку їх руху), тоді як антинейтрино крутяться "вперед" (їх вісь спінових точок прямо вперед, коли вони летять навколо). Це означає, що існує дуже тонка різниця в кількості нейтрино та антинейтрино, що утворюються при звичайному експерименті, порівняно з дзеркальним експериментом, який спирається на слабку ядерну силу.
Розбиті дзеркала
Наскільки нам відомо, слабка ядерна сила та слабка ядерна сила порушує лише симетричність паритету. Але, можливо, це не самотньо.
Ми знаємо, що фізика поза тим, що ми розуміємо в даний час, повинна існувати. І деякі з цих гіпотетичних ідей і концепцій також порушують симетричність паритету. Наприклад, деякі з цих теорій прогнозують тонку асиметрію в інакше нормальних взаємодіях, що передбачають види частинок, які зазвичай вивчає ЛГК.
Звичайно, ці гіпотетичні ідеї екзотичні, складні та дуже важкі для перевірки. І в багатьох випадках ми не зовсім впевнені, що шукаємо.
Проблема полягає в тому, що, хоча ми знаємо, що наша сучасна концепція світу частинок, що називається Стандартна модель, є неповною, ми не знаємо, де шукати її заміну. Багато фізиків сподівалися, що LHC виявить щось - нову частинку, нову взаємодію, взагалі будь-що - що націлить нас на щось нове і захоплююче, але поки що всі ці пошуки провалилися.
Багато колишніх теорій переднього бігу щодо того, що виходить за рамки стандартної моделі (як, наприклад, суперсиметрія), поволі виключаються. Саме тут може стати в нагоді порушення паритетності-симетрії.
Практично всі поширені гіпотетичні розширення до Стандартної моделі включають обмеження того, що лише слабка ядерна сила порушує симетричність паритету. (Це вкладається у фундаментальну математику моделей, якщо вам було цікаво, як це працює.) Це означає, що такі поняття, як суперсиметрія, аксіони та лептокварки, все це зберігають цю симетрію там, де вона є, і ніде більше.
Але дивіться, люди, якщо ці поширені розширення не зменшуються, можливо, саме час розширити наш кругозір.
Пілінг заднього паритету
З цієї причини команда дослідників шукала порушення паритетності в кеші даних, оприлюднених експериментом Compact Muon Solenoid (CMS) в LHC; вони детально описували свої результати у дослідженні, опублікованому 29 квітня на сервері переддруку arXiv. Це був досить складний пошук, оскільки LHC насправді не створений для пошуку порушень паритету. Але дослідники вміло придумали спосіб це зробити, вивчивши залишки у взаємодії між іншими частинками.
Результат: Натяків на порушення паритету не знайдено. Ура для стандартної моделі (знову). Хоча це прикро, що це дослідження не відкрило нову межу фізики, це допоможе з’ясувати майбутні пошуки. Якщо ми продовжуємо шукати і досі не виявляємо жодних доказів порушення паритету за межами слабкої ядерної сили, то ми знаємо, що все, що лежить поза Стандартною моделлю, повинно мати деякі ті ж математичні структури, що і ця теорія опори, і дозволяти лише слабким ядерним силам в дзеркалі виглядають по-різному.
