USA: n ja Etelä-Korean fyysikot ovat kuvanneet mahdollisen skenaarion maailmankaikkeuden evoluutiosta Ison räjähdyksen jälkeen, joka eroaa tieteen yleisesti hyväksymästä skenaariosta. Tämän skenaarion mukaan uusia alkuainehiukkasia ei enää voida havaita CERN: n suuressa hadronikoppistossa (LHC). Lisäksi vaihtoehtoinen skenaario antaa sinun ratkaista joukkojen hierarkian ongelman. Tutkimus julkaistiin arXiv.org-sivustossa
Teoriaa kutsutaan luontaisuudeksi. Se määritetään sähköajan vuorovaikutuksen suuruusluokan energioiden asteikolla, kun sähkömagneettiset ja heikot vuorovaikutukset on erotettu. Tämä oli noin kymmenen miinus kolmekymmentäkaksi - kymmenen miinus kaksitoista sekuntia Ison räjähdyksen jälkeen. Sitten uuden konseptin kirjoittajien mukaan universumissa oli hypoteettinen alkuainepartikkeli - rechiton (tai reheaton, englanninkielisestä reheatonista), jonka hajoaminen johti nykyään havaitun fysiikan muodostumiseen.
Kun maailmankaikkeus tuli kylmemmäksi (aineen ja säteilyn lämpötila laski) ja litteäksi (avaruuden geometria lähestyi euklidiaa), Rechiton hajosi moniin muihin hiukkasiin. Ne muodostivat ryhmiä hiukkasia, jotka tuskin ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, melkein identtiset lajien joukossa, mutta eroavat Higgsin bosonin massasta ja siten myös omasta massastaan.
Sellaisten hiukkasryhmien lukumäärä, joita tutkijoiden mukaan esiintyy nykymaailmassa, on useita tuhansia biljoonaa. Standardimallin (SM) kuvaama fysiikka ja LHC: n kokeissa havaitut partikkelit ja vuorovaikutukset kuuluvat yhteen näistä perheistä. Uusi teoria antaa mahdollisuuden hylätä supersymmetria, jota yritetään edelleen löytää epäonnistuneesti, ja ratkaisee hiukkasten hierarkian ongelman.
Erityisesti, jos rechiton-hajoamisen seurauksena muodostuneen Higgs-bosonin massa on pieni, niin jäljellä olevien hiukkasten massa on suuri, ja päinvastoin. Tämä ratkaisee sähköälytyshierarkian ongelman, joka liittyy alkuainepartikkelien kokeellisesti havaittujen massojen ja varhaisen maailmankaikkeuden energia-asteikkojen väliseen suureen aukkoon. Esimerkiksi kysymys, miksi elektroni, jonka massa on 0,5 megaelektronvolttia, on melkein 200 kertaa kevyempi kuin samoilla kvanttilukuilla oleva muoni, katoaa itsestään - maailmankaikkeudessa on täsmälleen samat partikkelijoukot, joissa tämä ero ei ole niin vahva.
Uuden teorian mukaan LHC: n kokeissa havaittu Higgs-bosoni on kevyin tämän tyyppinen hiukkanen, joka muodostuu rechitonin rappeutumisen seurauksena. Raskaammat bosonit liittyvät muihin ryhmiin, joita ei ole vielä löydetty hiukkasista - tämän päivän löydettyjen ja tutkittujen leptonien (jotka eivät osallistu vahvaan vuorovaikutukseen) ja hadronien (osallistuvat vahvaan vuorovaikutukseen) analogeihin.
Nima Arkani-Hamed
Mainosvideo:
Kuva: EP-osasto / CERN
Uusi teoria ei mitätöi, mutta ei tee välttämättömäksi ottaa käyttöön supersymmetriaa, mikä merkitsee tunnettujen alkuainepartikkelien määrän kaksinkertaistamista (ainakin) superpartnerien läsnäolon takia. Esimerkiksi fotonille - fotino, kvarki - squark, Higgs - Higgsinolle ja niin edelleen. Superpartnerien spin-arvon tulisi erota puoli kokonaislukua alkuperäisen hiukkasen spinistä.
Matemaattisesti hiukkanen ja superpartikkeli yhdistetään yhdeksi järjestelmäksi (supermultipletti); kaikki hiukkasten ja niiden kumppanien kvanttiparametrit ja massat osuvat yhteen tarkan supersymmetrian kanssa. Uskotaan, että supersymmetria on hajonnut luonteeltaan, ja siksi superpartnerien massa on paljon suurempi kuin niiden hiukkasten massa. Supersymmetristen hiukkasten havaitsemiseksi tarvittiin voimakkaita kiihdyttimiä, kuten LHC.
Jos esiintyy supersymmetriaa tai uusia hiukkasia tai vuorovaikutuksia, uuden tutkimuksen kirjoittajien mukaan ne voidaan löytää kymmenen teraelektronivoltin asteikolla. Tämä on melkein LHC: n kykyjen rajalla, ja jos ehdotettu teoria on oikea, uusien hiukkasten löytäminen siellä on erittäin epätodennäköistä.
CM-versiot
Kuva: arXiv.org
Signaali lähellä 750 gigaelektronvolttia, joka voisi osoittaa raskaan hiukkasen hajoamisen kahdeksi gammafotoniksi, kuten CMS (Compact Muon Solenoid) ja ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) -yhteistyön tutkijat ovat ilmoittaneet LHC: ssä joulukuussa 2015 ja maaliskuussa 2016., tunnustettu tilastolliseksi kohinaksi. Vuoden 2012 jälkeen, kun tiedettiin Higgsin bosonin löytämisestä CERN: ssä, SM: n laajennusten ennustamia uusia perustavanlaatuisia hiukkasia ei ole paljastunut.
Siksi odotetaan sellaisten teorioiden syntymistä, joissa supersymmetrian tarve katoaa. "Monet teoreetikot, mukaan lukien minä, uskovat, että nyt on täysin ainutlaatuinen aika ratkaista tärkeitä ja systeemisiä kysymyksiä, emmekä koske seuraavien alkuainehiukkasten yksityiskohtia", kertoi uuden tutkimuksen pääkirjailija, fyysikko Nima Arkani-Hamed. Princeton Universitystä (USA).
Hänen optimismiaan eivät jaa kaikki. Esimerkiksi fyysikko Matt Strassler Harvardin yliopistosta uskoo uuden teorian matemaattisen perustelun olevan valitettava. Samaan aikaan Paddy Fox Entrico Fermin kansallisesta kiihdytinlaboratoriosta Bataviassa (USA) uskoo, että uusi teoria voidaan testata seuraavan kymmenen vuoden aikana. Hänen mukaansa partikkeleiden, jotka muodostuvat ryhmässä minkä tahansa raskaan Higgs-bosonin kanssa, pitäisi jättää jälkensä jäännössäteilyyn - muinaiseen mikroaaltoisäteilyyn, jonka Big Bang -teoria ennustaa.
Andrey Borisov