Gdzie są wszystkie skwarki i gluinosy?

Supersymetria to idea, zgodnie z którą podstawowe cząstki natury są połączone głębokim związkiem. Teoria ta przewiduje istnienie zupełnie nowych cząstek, jednak według niedawnego raportu nie zaobserwowano żadnych oznak supersymetrii, a teoria wygląda na nieco chwiejną.

Tajemnicza symetria

Wszechświat subatomowy składa się z dwóch podstawowych rodzajów cząstek, zwanych fermionami (na cześć Enrico Fermiego ) i bozonami (nazwanymi od Satyendra Nath Bose ). W istocie fermiony są budulcem świata przyrody: kwarków, elektronów, neutrin. Gdybyś powiększył swoje własne komórki, cząsteczki i atomy, zobaczyłbyś brzęczące wokół fermiony, robiące swoje.

W przeciwieństwie do nich bozony są nośnikami podstawowych sił natury. Siła elektromagnetyczna jest przenoszona przez foton, rodzaj bozonu. Słaba siła jądrowa ma trzy bozony, które ją przenoszą, a osiem różnych bozonów oddziałuje z sobą, aby wywołać silną siłę jądrową. Z grawitacją związany jest hipotetyczny bozon, zwany grawitonem, ale nie rozumieniemy jeszcze tej cząstki.

Nie rozumiemy też, dlaczego wszechświat jest podzielony na te dwa główne obozy. Dlaczego nie ma więcej „rodzin” cząstek? Dlaczego fermiony mają właściwości, które mają? Dlaczego bozony są połączone z siłami? Czy są w ogóle jakieś powiązania między tymi dwoma światami?

Cząsteczki o dużej mocy

Po prostu może istnieć związek między fermionami i bozonami, a nazwa teoretycznego połączenia to supersymetria. Symetria matematyczna odgrywa kluczową rolę we współczesnej fizyce. To dzięki odkryciu głębokich zależności matematycznych fizycy byli w stanie zrozumieć siły natury i inne cudowne pomysły, takie jak zasada zachowania energii.

Poszukując symetrii, fizycy mogą zrozumieć świat.

W supersymetrii istnieje nowy rodzaj matematycznej zależności, która łączy fermiony i bozony. W rzeczywistości jest to coś więcej niż zwykłe połączenie: supersymetria stwierdza, że ​​fermiony i bozony są w rzeczywistości dwiema stronami tej samej (supersymetrycznej) monety. Każdy pojedynczy fermion ma lustrzaną cząstkę w rodzinie bozonów, a każdy bozon ma bliźniaka w świecie fermionów.

W żargonie supersymetrii przypominające lustro bliźniacze cząstki otrzymują raczej fantazyjne nazwy. Każdy supersymetryczny partner fermionu otrzymuje literę „s” dodaną na początek, więc partnerem quark [kwark] jest squark [skwark], partnerem elektronu [electron] jest selectron i tak dalej. W przypadku bozonów ich partnerzy są łączeni „ino” na końcu, więc fotony [photons] są łączone z fotino [photinos], a gluon [gluons] (nośniki siły silnej) są łączone z gluino [gluinos]. Aby więc znaleźć dowody na supersymetrię, wszystko, co musisz zrobić, to znaleźć zbłąkane gluino lub selectron.

Brzmi fajnie, ale nie jest to takie proste. W doskonale supersymetrycznym świecie widzielibyśmy te bliźniacze cząstki wszędzie, gdzie spojrzymy. Dla każdego fermionu mogliśmy znaleźć powiązany bozon i na odwrót. Ale nie możemy.

Powodem, dla którego nie widzimy symetrii manifestującej się w naszym wszechświecie, jest to, że jest to złamana symetria. Dawno temu, kiedy wszechświat był znacznie gorętszy, ta symetria mogła przetrwać. Ale gdy wszechświat się rozszerzał i ochładzał się zaczął łamać symetrię, dzieląc fermiony i bozony. Złamanie symetrii spowodowało, że wszystkie bliźniaki supersymetryczne drastycznie nadymały masę, a w świecie fizyki cząstek elementarnych im masywniejszy jesteś, tym jesteś bardziej niestabilny.

Jedyny sposób, aby uzyskać dostęp do królestwa supersymetrii i odtworzyć warunki wczesnego wszechświata jest gigantyczny zderzacz cząstek.

ATLAS podtrzymuje świat

Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider/LHC)  jest, jak sama nazwa wskazuje, olbrzymim zderzaczem cząstek. Jest w stanie przyspieszyć cząstki do prędkości prawie światła, a następnie zderzyć je ze sobą, osiągając najwyższe możliwe energie – warunki, jakich nie ma we wszechświecie od pierwszych chwil Wielkiego Wybuchu. Wielki Zderzacz Hadronów został specjalnie zaprojektowany do poszukiwania oznak supersymetrii poprzez znajdowanie dowodów na istnienie supersymetrycznych partnerów cząstek w szczątkach po zderzeniu.

Jeden z detektorów w LHC nazywa się ATLAS, od „A Toroidal LHC ApparatuS”. Zespół ATLAS, składający się z setek naukowców z całego świata, opublikował najnowsze odkrycia dotyczące poszukiwania supersymetrii w artykule opublikowanym w czasopiśmie preprint arXiv.

A ich wyniki? Nic.

Po latach poszukiwań i mnóstwie danych z niezliczonych kolizji nie ma śladu jakiejkolwiek supersymetrycznej cząstki. W rzeczywistości wiele modeli supersymetrii jest obecnie całkowicie wykluczonych, a bardzo niewiele pomysłów teoretycznych pozostaje aktualnych.

Podczas gdy supersymetria cieszy się szerokim poparciem teoretyków od dziesięcioleci (którzy często przedstawiali ją jako oczywisty następny krok w pogłębianiu naszego zrozumienia wszechświata), teoria ta pozostaje na cienkim lodzie od czasu uruchomienia LHC. Jednak pomimo tych początkowych wątpliwych wyników teoretycy mieli nadzieję, że jakiś model teorii da pozytywny wynik w eksperymencie w zderzaczu.

Chociaż nie wszystkie możliwe modele supersymetrii zostały wykluczone, przyszłość teorii budzi poważne wątpliwości. A ponieważ fizycy przez lata poświęcali tak dużo czasu i energii na supersymetrię, nie ma zbyt wielu przekonujących alternatyw.

Dokąd pójdzie fizyka we wszechświecie bez supersymetrii? Tylko czas (i dużo matematyki) pokaże.

Źródło: Paul Sutter

Search for squarks and gluinos in final states with jets and missing transverse momentum using 139 fb−1 of s√ =13 TeV pp collision data with the ATLAS detector

Zdjęcie: CERN

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x