Bible částicové fyziky umírá na upgrade. A fyzici mohou mít jen to pravé: Některé částice a síly se mohou dívat do zrcadla a neuznávat se. To samo o sobě by poslalo tzv. Standardní model do ocasu.
Téměř všechny základní reakce mezi vesmírnými subatomickými částicemi vypadají stejně, když se obracejí v zrcadle. Zrcadlový obraz, nazývaný parita, se pak ve fyzice hovoří o symetrii nebo o paritní symetrii.
Samozřejmě ne každý se řídí pravidly. Víme, že například reakce týkající se slabé jaderné síly, která je také divná z celé řady jiných důvodů, porušuje paritní symetrii. Je tedy logické, že další síly a částice v kvantovém světě jsou v této oblasti také narušiteli pravidel.
Fyzici mají nějaké představy o těchto dalších hypotetických reakcích, které by v zrcadle nevypadaly stejně, a porušily by tak paritní symetrii. Tyto podivné reakce by nás mohly nasměrovat k nové fyzice, která by nám mohla pomoci přejít kolem standardního modelu částicové fyziky, našeho současného shrnutí všech subatomických věcí.
Bohužel, nikdy nebudeme vidět většinu těchto podivných reakcí v našich atomových rozbíječích a laboratořích. Interakce jsou příliš vzácné a slabé na to, aby byly detekovány našimi nástroji, které jsou naladěny na jiné druhy interakcí. Mohou však existovat některé vzácné výjimky. Vědci největšího atomového kouře na světě, Large Hadron Collider (LHC), který se nachází nedaleko Ženevy, lovili tyto vzácné interakce. Doposud přišli s prázdnou rukou, ale i tento výsledek je poučný. Tyto negativní výsledky pomáhají vyloučit neplodné hypotézy z uvažování, což fyzikům umožňuje soustředit se na slibnější cesty při hledání nové fyziky.
Zrcadlo zrcadlo na zdi
Jedním z nejdůležitějších konceptů ve fyzice je symetrie. Dalo by se dokonce důvodně tvrdit, že fyzici jsou jen lovci symetrie. Symetrie odhaluje základní přírodní zákony, které řídí nejvnitřnější fungování reality. Symetrie je velký problém.
Tak co to je? Symetrie znamená, že pokud změníte jeden prvek v procesu nebo interakci, proces zůstane stejný. Fyzici pak říkají, že proces je symetrický s ohledem na tuto změnu. Jsem zde úmyslně vágní, protože existuje tolik různých druhů symetrie. Například někdy můžete změnit znaménko poplatků na částicích, někdy můžete procesy spouštět vpřed nebo vzad v čase a někdy můžete spustit verzi procesu zrcadlového obrazu.
Tento poslední, který se dívá na proces v zrcadle, se nazývá symetrie parity. Většina subatomických interakcí ve fyzice vám dává přesně stejný výsledek, ať už se dělají přímo před vámi, nebo v zrcadle. Ale některé interakce narušují tuto symetrii, jako je slabá jaderná síla, zejména když jsou neutrina vytvářena v interakcích zahrnujících tuto sílu.
Neutrinos se vždy točí "dozadu" (jinými slovy, osa jejich točení směřuje pryč od směru jejich pohybu), zatímco antineutrina se točí "dopředu" (jejich osa točních bodů se pohybuje přímo vpřed, když létají kolem). To znamená, že existují velmi nepatrné rozdíly v počtu neutrin a antineutrin, které vznikají při běžném pokusu, oproti experimentu se zrcadlovým zrcadlem, který se spoléhá na slabou jadernou sílu.
Zlomená zrcátka
Pokud víme, slabá jaderná síla a sama slabá jaderná síla narušují symetrii parity. Ale možná to není sám.
Víme, že fyzika musí překročit to, co v současné době chápeme. A některé z těchto hypotetických myšlenek a konceptů také porušují symetrii parity. Například některé z těchto teorií předpovídají jemné asymetrie v jinak normálních interakcích, které zahrnují druhy částic, které LHC obvykle zkoumá.
Tyto hypotetické myšlenky jsou samozřejmě exotické, komplexní a velmi obtížně testovatelné. A v mnoha případech si nejsme úplně jisti, co hledáme.
Problém je v tom, že i když víme, že naše současné pojetí částicového světa, které se nazývá standardní model, je neúplné, nevíme, kde hledat jeho náhradu. Mnoho fyziků doufalo, že LHC odhalí něco - novou částici, novou interakci, vůbec něco -, která by nás nasměrovala k něčemu novému a vzrušujícímu, ale zatím všechna ta hledání selhala.
Mnoho bývalých teorií front-runnerů o tom, co je za standardním modelem (jako je supersymetrie), se pomalu vylučuje. Zde by se mohlo hodit porušení paritní symetrie.
Téměř všechna běžná hypotetická rozšíření standardního modelu zahrnují omezení, že pouze slabá jaderná síla narušuje paritní symetrii. (Toto je zapečeno do základní matematiky modelů, pro případ, že by vás zajímalo, jak to funguje.) To znamená, že koncepty jako supersymetrie, axiony a leptoquarks všechny udržují tuto symetrii v narušení přesně tam, kde je, a nikde jinde.
Ale podívejte se, lidi, pokud tato běžná rozšíření nevybočují ven, možná je čas rozšířit naše obzory.
Peeling zpět parita
Z tohoto důvodu tým vědců hledal porušení parity v mezipaměti dat zveřejněných experimentem Compact Muon Solenoid (CMS) na LHC; své výsledky podrobně popsali ve studii zveřejněné 29. dubna na serveru předtisku arXiv. Bylo to docela složité pátrání, protože LHC není ve skutečnosti nastaveno, aby hledalo porušení parity. Vědci však chytře vymysleli způsob, jak to udělat, zkoumáním zbytků v interakcích mezi jinými částicemi.
Výsledek: Nebyly nalezeny žádné náznaky porušení parity. Hurá pro standardní model (opět). I když je to trochu zklamáním, že tento výzkum neotevřel novou hranici fyziky, pomůže to objasnit budoucí vyhledávání. Pokud budeme stále hledat a stále neobjevíme žádný důkaz o porušení parity mimo slabou jadernou sílu, pak víme, že cokoli, co leží za standardním modelem, musí mít stejné matematické struktury jako ta hlavní teorie a umožnit pouze slabé jaderné síle vypadat jinak v zrcadle.
