Teori pemfaktoran fizik zarah menerangkan segala-galanya mengenai dunia subatomik ... kecuali bahagian-bahagian yang tidak. Dan malangnya, tidak banyak adjektif yang boleh digunakan untuk model Standard yang dipanggil. Dibina sedikit demi sedikit selama beberapa dekad, teori fisika asas ini digambarkan dengan sebaik-baiknya, hodgepodge dan MacGyver-ed bersama-sama dengan kepingan tali dan permen karet.
Walau bagaimanapun, ia adalah satu model yang sangat kuat yang secara tepat meramalkan pelbagai interaksi dan proses yang hebat.
Tetapi ia mempunyai beberapa kekurangan yang mencolok: Ia tidak memasukkan graviti; ia tidak boleh menerangkan massa pelbagai zarah, yang sebahagiannya memberikan daya; ia tidak mempunyai penjelasan untuk tingkah laku neutrino tertentu; dan ia lurus tidak mempunyai jawapan untuk kewujudan masalah gelap.
Jadi, kita perlu mencari sesuatu. Kita perlu melampaui Model Standard untuk lebih memahami alam semesta kita.
Malangnya, ramai pesaing utama untuk menerangkan teori supersymmetrik yang luar biasa ini - telah dikecualikan atau sangat terhad pada tahun-tahun kebelakangan ini. Masih ada konsep Hail Mary yang dapat menerangkan bahagian-bahagian misteri alam semesta yang tidak diliputi oleh Model Standard, bagaimanapun: Zarah-zarah supersymmetri yang berpanjangan, kadang-kadang dipanggil sparticles untuk jangka pendek. Tetapi dengan sedih, carian baru-baru ini untuk zarah-zarah aneh ini telah kembali tanpa tangan.
Bukan simetri super
Sejauh ini set teori yang paling trendi yang melampaui batas Model Standard semasa dikumpulkan bersama menjadi kelas idea yang dikenali sebagai supersimetri. Dalam model ini, dua kem utama zarah-zarah ("boson," seperti foton yang biasa dan "fermion" - seperti elektron, quark dan neutrino) sebenarnya mempunyai hubungan adik perempuan yang aneh. Setiap boson tunggal mempunyai pasangan dalam dunia fermion, dan, begitu juga, setiap pemain mempunyai teman boson untuk memanggilnya sendiri.
Tiada seorang pun daripada rakan-rakan ini (atau lebih tepat dalam jargon fizik zarah yang mengelirukan - "superpartner") adalah di antara keluarga biasa zarah yang diketahui. Sebaliknya, mereka biasanya lebih banyak, lebih berat, orang yang tidak dikenali dan umumnya kelihatan merindu.
Perbezaan jisim antara zarah yang diketahui dan superpartner mereka adalah hasil dari sesuatu yang dipanggil pemecahan simetri. Ini bermakna bahawa pada tenaga yang tinggi (seperti bahagian dalam pemecut zarah), hubungan matematik di antara zarah dan rakan-rakannya berada pada tahap yang lebih tinggi, yang membawa kepada massa yang sama. Pada tenaga yang rendah (seperti tahap tenaga yang anda alami dalam kehidupan sehari-hari biasa), bagaimanapun, simetri ini rosak, menghantar massa zarah pasangan melonjak. Mekanisme ini penting, kerana ia juga berpotensi menjelaskan mengapa, misalnya, gravitasi jauh lebih lemah daripada kekuatan lain. Matematik itu hanya sedikit rumit, tetapi versi pendek adalah ini: Sesuatu yang pecah di alam semesta, menyebabkan zarah-zarah normal menjadi jauh lebih besar daripada yang superpartner. Tindakan pemecahan yang sama mungkin telah menghukum graviti, mengurangkan kekuatannya relatif terhadap kekuatan lain. Nifty.
Hidup panjang dan makmur
Untuk memburu supersymmetry, sekumpulan ahli fizik menyumbat dan membina peretas atom yang dinamakan Collier Hadron Besar, yang setelah bertahun-tahun mencari keras datang ke kesimpulan yang mengejutkan tetapi mengecewakan bahawa hampir semua model supersimetri adalah salah.
Whoops.
Ringkasnya, kita tidak dapat mencari mana-mana zarah rakan kongsi. Zero. Zilch. Nada. Tidak ada tanda-tanda supersimetri yang muncul di dalam penjerat yang paling berkuasa di dunia, di mana zarah-zarah di sekeliling pelekaran bulat di dekat kelajuan cahaya sebelum berlanggar dengan satu sama lain, yang kadang-kadang menyebabkan pengeluaran zarah-zarah baru yang eksotik. Ia tidak semestinya bermaksud bahawa supersimetri adalah salah, tetapi semua model paling mudah kini telah diketepikan. Adakah masa untuk meninggalkan supersimetri? Mungkin, tetapi mungkin ada Hail Mary: zarah lama.
Biasanya, di tanah fizik zarah, semakin besar anda, semakin tidak stabil anda dan semakin cepat anda akan mereput ke dalam zarah yang lebih ringan dan lebih ringan. Ia hanya cara perkara. Oleh kerana zarah rakan kongsi semua dijangka menjadi berat (jika tidak, kita akan melihatnya sekarang), kami menjangkakan mereka akan cepat merosot ke dalam pancuran yang lain yang kami kenali, dan kemudian kami akan membina pengesan kami dengan sewajarnya.
Tetapi bagaimana jika zarah rakan kongsi telah lama hidup? Bagaimana jika, melalui beberapa fizik eksotik (memberi ahli teori beberapa jam untuk memikirkannya, dan mereka akan menghasilkan lebih banyak quirks yang mencukupi untuk membuatnya berlaku), zarah-zarah ini berjaya melarikan diri dari pengesan kami sebelum mematikan menjadi sesuatu yang kurang pelik? Dalam senario ini, pencarian kami akan menjadi benar-benar kosong, hanya kerana kami tidak cukup jauh. Juga, pengesan kami tidak direka untuk dapat melihat secara langsung zarah-zarah yang lama ini.
ATLAS untuk menyelamatkan
Dalam makalah baru-baru ini yang disiarkan dalam talian pada 8 Feb di arXiv server pra-pencerapan, ahli-ahli ATLAS (kerangka yang agak canggung untuk A Toroidal LHC ApparatuS) kolaborasi di Large Hadron Collider melaporkan penyelidikan ke dalam zarah lama itu. Dengan persediaan eksperimen semasa, mereka tidak dapat mencari setiap zarah sepanjang masa yang mungkin, tetapi mereka dapat mencari zarah neutral dengan massa antara 5 dan 400 kali proton.
Pasukan ATLAS mencari zarah-zarah panjang yang tidak berada di tengah-tengah pengesan, tetapi di tepinya, yang akan membolehkan zarah-zarah itu bergerak dari mana-mana dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Ini mungkin tidak begitu jauh dari segi standard manusia, tetapi untuk zarah-zarah asas yang besar, ia mungkin juga menjadi kelebihan alam semesta yang diketahui.
Sudah tentu, ini bukan pencarian pertama untuk zarah lama, tetapi ia adalah yang paling komprehensif, dengan menggunakan hampir penuh beban rekod eksperimen di Large Hadron Collider.
Dan hasil yang besar: Tiada apa-apa. Zero. Zilch. Nada.
Bukan satu tanda dari mana-mana zarah panjang.
Adakah ini bermakna idea itu mati juga? Tidak cukup - instrumen ini tidak benar-benar direka untuk memburu jenis binatang liar ini, dan kita hanya mengikis dengan apa yang kita ada. Ia mungkin memerlukan satu lagi eksperimen generasi yang direka khusus untuk menjejaki zarah yang lama hidup sebelum kita benar-benar menangkapnya.
Atau, lebih depresi, mereka tidak wujud. Dan itu bermakna makhluk-makhluk ini - bersama dengan rakan-rakan supersimetri mereka - benar-benar hanya hantu yang diimpikan oleh ahli fizik yang demam, dan apa yang sebenarnya kita perlukan adalah satu rangka kerja baru untuk menyelesaikan beberapa masalah luar biasa fizik moden.
