Řídící teorie částicové fyziky vysvětluje vše o subatomickém světě ... s výjimkou částí, které tomu tak není. A bohužel není mnoho lichotivých adjektiv, které lze aplikovat na tzv. Standardní model. Tato teorie fundamentální fyziky, která byla po desetiletí postavena kousek po kousku, je nejlépe popsána jako nemotorný, hodgepodge a MacGyver-ed spolu s kousky strun a žvýkaček.
Přesto je to neuvěřitelně silný model, který přesně předpovídá ohromnou rozmanitost interakcí a procesů.
Má však nějaké do očí bijící nedostatky: nezahrnuje gravitaci; nedokáže vysvětlit masy různých částic, z nichž některé udělují sílu; nemá vysvětlení pro určité chování neutrin; a to přímo nemá odpověď na existenci temné hmoty.
Musíme tedy něco vymyslet. Abychom lépe pochopili náš vesmír, musíme jít nad rámec standardního modelu.
Bohužel mnoho z předních uchazečů, kteří vysvětlují tento velký rámec - nazývaný supersymetrické teorie - bylo v posledních letech vyloučeno nebo přísně omezeno. Stále však existuje koncept Hail Mary, který by mohl vysvětlit tajemné části vesmíru, na které se nevztahuje standardní model: Dlouhověké supersymetrické částice, někdy nazývané krátce částice. Ale depresivně se nedávné pátrání po těchto podivných částicích vrátilo s prázdnou rukou.
Ne-tak-super symetrie
Zdaleka nejmódnější soubor teorií, které posouvají hranice současného standardního modelu, jsou seskupeny do třídy myšlenek známých jako supersymetrie. V těchto modelech mají dva hlavní tábory částic v přírodě („bosony“, jako jsou známé fotony; a „fermiony“ - jako jsou elektrony, kvarky a neutrina) skutečně podivný druh sourozeneckého vztahu. Každý boson má partnera ve světě fermionů a každý fermion má také bosonového přítele, který nazývá svým vlastním.
Žádný z těchto partnerů (nebo přesněji v matoucím žargonu fyziky částic - „superpartneri“) nepatří mezi normální rodinu známých částic. Místo toho jsou obvykle mnohem, mnohem těžší, podivnější a obecně podivnější.
Tento rozdíl v hmotnosti mezi známými částicemi a jejich superpartneri je výsledkem něčeho, co se říká lámání symetrie. To znamená, že při vysokých energiích (jako vnitřek urychlovačů částic) jsou matematické vztahy mezi částicemi a jejich partnery na vyrovnaném kýlu, což vede ke stejným hmotnostem. Při nízkých energiích (jako jsou úrovně energie, které zažíváte v běžném každodenním životě), je však tato symetrie přerušená a hromadící se částice se hromadí. Tento mechanismus je důležitý, protože se také potenciálně vysvětluje, proč je například gravitace mnohem slabší než ostatní síly. Matematika je jen nepatrně komplikovaná, ale krátká verze je tato: Něco se ve vesmíru zlomilo, což způsobilo, že normální částice byly drasticky méně masivní než jejich superpartneri. Tato stejná lomová akce mohla potrestat gravitaci a snížit její sílu ve srovnání s ostatními silami. Šikovný.
Žít dlouho a prosperovat
K lovu na supersymetrii se připojila skupina fyziků a postavila atomovou kouzelnici zvanou Velký hadronový srážko, který po letech náročného hledání dospěl k překvapivému, ale zklamajícímu závěru, že téměř všechny supersymetrické modely byly špatné.
Jejda.
Jednoduše řečeno, nemůžeme najít žádné partnerské částice. Nula. Zilch. Nada. U nejmocnějšího srážce na světě se neobjevily žádné náznaky supersymetrie, kde částice jsou rozepnuty kolem kruhové mašle téměř rychlostí světla, než se srazí, což někdy vede k produkci exotických nových částic. Neznamená to nutně, že supersymetrie je sama o sobě špatná, ale všechny nejjednodušší modely jsou nyní vyloučeny. Je čas opustit supersymetrii? Možná, ale může tu být Hail Mary: částice s dlouhou životností.
V zemi fyziky částic obvykle platí, že čím masivnější jste, tím nestabilnější jste a čím rychleji se rozpadnete na jednodušší a lehčí částice. Je to přesně tak, jak to vypadá. Protože se očekává, že partnerské částice budou těžké (jinak bychom je už viděli), očekávali jsme, že se rychle rozpadnou na sprchy dalších věcí, které bychom mohli poznat, a potom bychom podle toho postavili naše detektory.
Ale co kdyby partnerské částice měly dlouhou životnost? Co když, prostřednictvím nějakého vtipu exotické fyziky (poskytněte teoretikům několik hodin na to, aby o tom přemýšleli, a přijdou s více než dost vtípky, aby se to stalo), těmto částicím se podaří uniknout omezením našich detektorů, než se poslušně rozpadne do něčeho méně divného? V tomto scénáři by naše vyhledávání vyšla úplně prázdná, jednoduše proto, že jsme se nedívali dostatečně daleko. Naše detektory také nejsou navrženy tak, aby mohly přímo hledat tyto dlouho žijící částice.
ATLAS na záchranu
V nedávném článku zveřejněném online 8. února na serveru předtisků arXiv, členové spolupráce ATLAS (poněkud trapné zkratky pro Toroidální LHC ApparatuS) ve Velkém Hadronu Colliderovi hlásili vyšetřování takových dlouhověkých částic. Při současném experimentálním uspořádání nemohli hledat každou možnou částici s dlouhou životností, ale byli schopni hledat neutrální částice s hmotností 5 až 400krát větší než proton.
Tým ATLAS hledal částice s dlouhou životností nikoli ve středu detektoru, ale na jeho okrajích, což by částečkám umožnilo cestovat kdekoli od několika centimetrů až po několik metrů. To se nemusí zdát příliš daleko, pokud jde o lidské standardy, ale pro masivní základní částice to může být také hrana známého vesmíru.
To samozřejmě není první hledání částic s dlouhou životností, ale je to nejkomplexnější, využívající téměř celou hmotnost experimentálních záznamů u Large Hadron Collider.
A velký výsledek: Nic. Nula. Zilch. Nada.
Není to jediná známka jakýchkoli částic s dlouhou životností.
Znamená to také, že myšlenka je mrtvá? Ne úplně - tyto nástroje nebyly navrženy tak, aby lovily tyto druhy divokých zvířat, a my jsme jen škrábali tím, co máme. Může to trvat další generaci experimentů, které jsou speciálně navrženy k zachycení dlouhověkých částic, než je skutečně chytíme.
Nebo depresivněji neexistují. A to by znamenalo, že tato stvoření - spolu se svými supersymetrickými partnery - jsou opravdu jen duchové snění horečnatých fyziků, a to, co skutečně potřebujeme, je zcela nový rámec pro řešení některých výjimečných problémů moderní fyziky.
