Керуюча теорія фізики частинок пояснює все про субатомний світ ... крім частин, яких він не має. І, на жаль, не так багато втішних прикметників, які можна застосувати до так званої Стандартної моделі. Ця теорія фундаментальної фізики, побудована поступово протягом десятиліть, найкраще описується як незграбна, мішанка та МакГівер-ед разом із шматками струни та жувальної гумки.
І все-таки це неймовірно потужна модель, яка точно передбачає величезну різноманітність взаємодій та процесів.
Але у нього є деякі яскраві недоліки: він не містить тяжкості; він не може пояснити маси різних частинок, деякі з яких надають силу; він не має пояснення для певної поведінки нейтрино; і це прямо не має відповіді на існування темної матерії.
Отже, ми повинні щось розібратися. Нам потрібно вийти за рамки Стандартної моделі, щоб краще зрозуміти наш Всесвіт.
На жаль, у багатьох провідних претендентів, які пояснюють це велике поза межами - так званих суперсиметричних теорій, - були виключені або сильно обмежені останніми роками. Досі існує концепція Вітання Мері, яка могла б пояснити загадкові частини Всесвіту, не охоплені Стандартною моделлю: Проте довгоживучі суперсиметричні частинки, які іноді називаються короткими частинками. Але гнітюче, нещодавній пошук цих частинок дивної кулі повернувся з порожніми руками.
Не надто супер симетрія
На сьогодні наймодніший набір теорій, що просуваються за межі нинішньої Стандартної моделі, об'єднані в клас ідей, відомих як суперсиметрія. У цих моделях два основні табори частинок у природі ("бозони", такі як знайомі фотони; і "ферміони" - як електрони, кварки та нейтрино) насправді мають дивне співвідношення братів і сестер. Кожен бозон має свого партнера у світі ферміонів, і, таким же чином, у кожного ферміона є друг-бозон, який може назвати свого.
Жоден із цих партнерів (або більш доречно в заплутаному жаргоні фізики частинок - «суперпартнери») не входить у звичайне сімейство відомих частинок. Натомість вони, як правило, набагато, набагато важчі, чужіші і, як правило, дивніші.
Ця різниця в масі між відомими частинками та їх суперпартнерами є результатом того, що називається розривом симетрії. Це означає, що при високих енергіях (як і всередині прискорювачів частинок) математичні зв’язки між частинками та їх партнерами знаходяться на рівному кілі, що призводить до рівних мас. Однак при низьких енергіях (як, наприклад, енергетичний рівень, який ви відчуваєте у звичайному повсякденному житті), ця симетрія порушується, що направляє масу частинок партнера вгору. Цей механізм важливий, тому що він також може потенційно пояснити, чому, наприклад, гравітація настільки слабша, ніж інші сили. Математика - це просто крихітна складна, але коротка версія така: у Всесвіті щось зламалося, внаслідок чого нормальні частинки стають кардинально менш масивними, ніж їх суперпартнери. Ця ж дія розриву, можливо, карала тяжкість, зменшуючи її силу відносно інших сил. Ніфт.
Жити довго і процвітати
Для полювання на суперсиметрію купка фізиків сколотилася і побудувала атомну рушницю під назвою Великий адронний колайдер, яка після багатьох років напружених пошуків дійшла до дивного, але невтішного висновку, що майже всі моделі суперсиметрії помилялися.
Уопс.
Простіше кажучи, ми не можемо знайти жодних частинок партнера. Нуль. Зільч. Нада. Ніяких натяків на суперсиметрію не з’явилося в найпотужнішому в світі колайдарі, де частинки блискають навколо кругової контрацепції при ближній швидкості світла перед зіткненням один з одним, що іноді призводить до отримання екзотичних нових частинок. Це не обов'язково означає, що суперсиметрія сама по собі неправильна, але всі найпростіші моделі зараз виключені. Настав час відмовитися від суперсиметрії? Можливо, але може бути Здоров'я Марія: довгоживучі частинки.
Зазвичай у країні фізики частинок, чим масивніший ти, тим нестабільніший ти і швидше розпадатимешся на простіші, легші частинки. Це просто так. Оскільки, як очікується, всі частинки партнера будуть важкими (інакше ми б їх бачили вже зараз), ми очікували, що вони швидко розпадуться в зливи інших речей, які ми могли б розпізнати, і тоді ми побудували б свої детектори відповідно.
Але що робити, якщо партнерські частинки були довгожителями? Що робити, якщо через якусь химерність екзотичної фізики (дайте теоретикам кілька годин на роздуми над цим, і вони придумають більш ніж достатньо химерностей, щоб це сталося) цим частинкам вдасться вийти з меж наших детекторів, перш ніж покірливо розкладатись. у щось менш дивне? У цьому випадку наші пошуки виявилися б абсолютно порожніми, просто тому, що ми не дивилися досить далеко. Крім того, наші детектори не розроблені так, щоб мати можливість безпосередньо шукати ці довгоживучі частинки.
ATLAS на допомогу
У недавньому документі, опублікованому в Інтернеті 8 лютого на сервері переддруку arXiv, члени співпраці ATLAS (дещо незграбна стенограма співпраці з A Toroidal LHC ApparatuS) на Великому адронному колайдері повідомили про розслідування таких довгоживучих частинок. У сучасних експериментальних установках вони не змогли шукати всі можливі довгоживучі частинки, але вони змогли шукати нейтральні частинки масою від 5 до 400 разів, ніж протон.
Команда ATLAS шукала довгоживучі частинки не в центрі детектора, а на його краях, що дозволило б частинкам рухатися кудись від кількох сантиметрів до кількох метрів. Це може здатися не дуже далеко з точки зору людських стандартів, але для масивних, фундаментальних частинок це може бути краєм відомого Всесвіту.
Звичайно, це не перший пошук довгоживучих частинок, але це найбільш комплексний, використовуючи майже повну масу навантажень експериментальних записів на Великому адронному колайдері.
І великий результат: Нічого. Нуль. Зільч. Нада.
Жодної ознаки жодних довгоживучих частинок.
Чи означає це, що ідея теж мертва? Не зовсім - ці інструменти насправді не були розроблені для полювання на таких видів диких звірів, і ми лише перебираємо те, що маємо. Може знадобитися ще одне покоління експериментів, спеціально розроблених для уловлювання довгоживучих частинок, перш ніж ми насправді їх вловимо.
Або, що більш гнітюче, їх не існує. І це означало б, що ці істоти - разом із їх суперсиметричними партнерами - насправді просто привиди, про які мріяли гарячкові фізики, і що нам насправді потрібно, - це цілком нова основа для вирішення деяких невирішених проблем сучасної фізики.
