Управляващата теория за физиката на частиците обяснява всичко за субатомния свят ... с изключение на частите, които не. И за съжаление няма много ласкателни прилагателни имена, които могат да бъдат приложени към така наречения стандартен модел. Построена малко по малко в течение на десетилетия, тази теория на фундаменталната физика се описва най-добре като необработена, халат и мекици, заедно с парчета връв и дъвка.
Все пак това е невероятно мощен модел, който точно предвижда огромно разнообразие от взаимодействия и процеси.
Но има някои забележителни недостатъци: не включва гравитацията; не може да обясни масите от различни частици, някои от които дават сила; тя няма обяснение за определено неутрино поведение; и то направо няма отговор за съществуването на тъмна материя.
Така че, трябва да измислим нещо. Трябва да надхвърлим стандартния модел, за да разберем по-добре нашата вселена.
За съжаление, много от водещите претенденти, които обясняват това голямо отвъд - наречените свръхсиметрични теории, са изключени или силно ограничени през последните години. Все още има концепция „Здравей Мария“, която би могла да обясни мистериозните части на Вселената, които не са обхванати от Стандартния модел, обаче: Дълготрайни свръхсиметрични частици, понякога наричани къси частици. Но потискащо, скорошно търсене на тези странни частици се върна с празни ръце.
Не толкова супер симетрия
Досега най-модерният набор от теории, които преминават отвъд границите на настоящия стандартен модел, са групирани в клас от идеи, известни като суперсиметрия. В тези модели двата основни лагера на частици в природата ("бозони", като познатите фотони; и "фермиони" - като електрони, кваркове и неутрино) всъщност имат странна роднинска връзка. Всеки един бозон има партньор в света на фермионите и също така всеки фермион има приятел на бозона, който да нарече свой собствен.
Никой от тези партньори (или по-подходящо в объркващия жаргон на физиката на частиците - „свръхпартньори“) не са сред нормалното семейство на известните частици. Вместо това те обикновено са много, много по-тежки, по-странни и като цяло изглеждат по-странни.
Тази разлика в масата между известните частици и техните суперпартъри е резултат от нещо, наречено разбиване на симетрията. Това означава, че при високи енергии (като вътрешностите на ускорителите на частици) математическите връзки между частиците и техните партньори са на равномерно кило, което води до равни маси. При ниски енергии (като енергийните нива, които изпитвате в нормалния, ежедневен живот), обаче, тази симетрия е нарушена, което изпраща партниращите маси на частици да се покачват. Този механизъм е важен, защото също така се случва потенциално да се обясни защо, например, гравитацията е толкова по-слаба от другите сили. Математиката е просто малко сложно, но кратката версия е тази: Нещо се счупи във Вселената, което доведе до това, че нормалните частици стават драстично по-малко масивни от техните суперпартньори. Същото това разрушително действие може да е наказало гравитацията, намалявайки силата му спрямо другите сили. Nifty.
Живей дълго и просперирай
За да ловуват за свръхсиметрия, куп физици се вкопчиха и изградиха атомната уредба, наречена Големия адронов колайдер, която след години натрудено търсене стигна до изненадващото, но разочароващо заключение, че почти всички модели на суперсиметрия са сгрешили.
Опа.
Най-просто казано, не можем да намерим никакви частици партньор. Нула. Zilch. Нада. Никакви намеци за свръхсиметрия не са се появили в най-мощния ускорител в света, където частиците са ципирани около кръгова контрацепция с близка светлинна скорост, преди да се сблъскат помежду си, което понякога води до производството на екзотични нови частици. Това не означава непременно, че суперсиметрията сама по себе си е грешна, но всички най-прости модели вече са изключени. Време ли е да изоставим суперсиметрията? Може би, но може да има Здравей Мария: дълголетни частици.
Обикновено в земята на физиката на частиците, колкото по-масивен си, толкова по-нестабилен си и по-бързо ще разпаднеш на по-прости, по-леки частици. Просто е така. Тъй като всички партньорски частици се очаква да са тежки (в противен случай щяхме да ги видим до сега), очаквахме те да се разпаднат бързо в душове на други неща, които бихме могли да разпознаем, и тогава съответно щяхме да изградим своите детектори.
Но какво ще стане, ако партньорските частици са дълголетни? Какво става, ако чрез някаква странност на екзотичната физика (дайте на теоретиците няколко часа да помислят за това и те ще измислят повече от достатъчно измислици, за да се случи), тези частици успяват да избягат от ограниченията на нашите детектори, преди да се разпаднат в нещо по-малко странно? При този сценарий търсенията ни щяха да се получат напълно празни, просто защото не се бяхме поглеждали достатъчно далеч. Също така, нашите детектори не са проектирани така, че да могат да търсят директно тези дълготрайни частици.
ATLAS на помощ
В скорошна книга, публикувана онлайн на 8 февруари на сървъра за отпечатване arXiv, членовете на ATLAS (донякъде неудобна стенограма за A Toroidal LHC ApparatuS) на Големия адронен колайдер съобщиха за разследване на такива дълготрайни частици. С настоящата експериментална настройка те не можаха да търсят всяка възможна дълготрайна частица, но успяха да търсят неутрални частици с маса между 5 и 400 пъти по-голяма от тази на протона.
Екипът на ATLAS потърси дълголетите частици не в центъра на детектора, а в краищата му, което би позволило на частиците да се движат навсякъде от няколко сантиметра до няколко метра. Това може да не изглежда много далеч по отношение на човешките стандарти, но за масивни, фундаментални частици, това може да бъде и ръба на известната вселена.
Разбира се, това не е първото търсене на дълготрайни частици, но е най-всеобхватното, като се използва почти цялото тегло на натрупаните експериментални записи на Големия адронен колайдер.
И големият резултат: Нищо. Нула. Zilch. Нада.
Нито един признак за дълголетни частици.
Означава ли това, че и идеята е мъртва? Не съвсем - тези инструменти всъщност не са били проектирани да ходят на лов за тези видове диви зверове, а ние се ровим само с това, което имаме. Може да са необходими още едно поколение експерименти, специално разработени за улавяне на дълголетни частици, преди всъщност да ги хванем.
Или, по-потискащо, те не съществуват. И това би означавало, че тези същества - заедно със своите свръхсиметрични партньори - наистина са просто призраци, мечтани от трескави физици, а това, от което всъщност се нуждаем, е съвсем нова рамка за решаване на някои от нерешените проблеми на съвременната физика.
