Max Planckin gravitaatiofysiikan instituutin (Saksa) ja Varsovan yliopiston (Puola) tutkijat ovat laajentaneet hiukkasfysiikan vakiomallia painovoimaan. Uusi teoreettinen rakenne, joka saattaa osoittautua lopulliseksi kaiken teoriaksi, ennustaa epätavallisten ominaisuuksien omaavien hiukkasten olemassaolon. Tästä ilmoitettiin lehdistötiedotteessa Phys.org.
Tunnettujen alkeishiukkasten ominaisuudet on kuvattu standardimallissa, joka vahvistetaan kokeellisesti, mutta ei voi selittää useita fyysisiä ilmiöitä (esimerkiksi massan alkuperä, neutriinovärähtelyt ja tumman massan alkuperä). Lisäksi vakiomalli kuvaa sähkömagneettisia, heikkoja ja voimakkaita vuorovaikutuksia, mutta ei sisällä painovoimaa. Toisin sanoen, se on ristiriidassa yleisen suhteellisuusteorian kanssa, kun otetaan huomioon ilmiöt, kuten iso bang tai mustan aukon tapahtumahorisontin olemassaolo.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ovat ehdottaneet erilaisia hypoteettisia periaatteita, jotka liittyvät niin sanottuun uuteen fysiikkaan. Yhden niistä - supersymmetrian - mukaan jokainen tunnettu alkeishiukkanen vastaa painavamman superpartneria. Siten hypoteettiset fermionit vastaavat tunnettuja bosoneja ja bosonit tunnettuja fermioneja. Kun yleisen suhteellisuusteorian ja supersymmetrian periaatteet yhdistetään, jotkut ristiriitaisuudet, joita syntyy, kun yritetään sisällyttää painovoima kvanttimekaniikkaan. Tätä fyysistä teoriaa kutsutaan supergravitaatioksi. Joidenkin tutkijoiden mukaan supergravitaatio on kaiken teoria, joka kuvaa kaikkia tunnettuja perusvaikutuksia.
Oli kuitenkin ongelma yritettäessä yhdistää supergravitaatio vakiomalliin. Alkuperäisten hiukkasten varauksen ennustetut arvot siirtyivät 1/6 verrattuna havaittuihin arvoihin (teoria ennusti, että elektronilla ei tulisi olla varausta -1, vaan - 5/6). Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ovat muokanneet U (1) -metriaryhmää, jonka ansiosta sähkömagneettinen vuorovaikutus voidaan sisällyttää supersymmetriaan. Tämä mahdollisti symmetrioiden saamisen vakiomallista tunnetulle sähkömagneettiselle U (1) ja voimakkaalle vuorovaikutukselle SU (3). Mutta tämä muutos ei ottanut huomioon SU (2) -symmetriaa heikossa vuorovaikutuksessa.
Uudessa teoksessa tutkijat ovat osoittaneet, että heikko vuorovaikutus voidaan kirjoittaa teoriaan äärettömän symmetriaryhmän E10 kautta. Tämän matemaattisen työkalun käyttö SU (2): n sijaan symmetria ennustaa tarkasti standardimallin fermionien lukumäärän ja hiukkasten sähkövaraukset, tutkijat sanoivat. Hän selittää, miksi uuden fysiikan hiukkasten etsiminen suuresta hadronitörmäyksestä ei ole onnistunut. Lisäksi se ennustaa hiukkasten olemassaolon, joilla on täysin uusia ominaisuuksia, joista osa voidaan havaita nykyaikaisilla laitteilla.