התיאוריה השלטת בפיזיקת החלקיקים מסבירה כל דבר על העולם התת-אטומי ... פרט לחלקים שהוא אינו עושה. ולצערי, אין הרבה שמות תואר מחמיאים שניתן להחיל על מה שמכונה Standard Model. תיאוריה זו של פיסיקה בסיסית, שנבנתה טיפה אחר טיפוס במהלך עשרות שנים, מתוארת בצורה הטובה ביותר כחסרת רוח, הודג'פוד ו מקגייבר-אד יחד עם חתיכות מיתר ומסטיקים.
ובכל זאת, זהו מודל חזק להפליא שמנבא במדויק מגוון אדיר של אינטראקציות ותהליכים.
אבל יש לזה כמה חסרונות בוהקים: זה לא משלב כוח משיכה; זה לא יכול להסביר את המוני החלקיקים השונים, שחלקם מעניקים כוח; אין לזה הסבר להתנהגות מסוימת של נייטרינו; ולגביה אין תשובה לקיומו של חומר אפל.
אז אנחנו חייבים להבין משהו. עלינו לחרוג מהמודל הסטנדרטי כדי להבין טוב יותר את היקום שלנו.
לרוע המזל, רבים מהמתמודדים המובילים שמסבירים את זה מעבר לכך - המכונים תיאוריות על-סימטריות - נפסלו או הוגבלו באופן קשה בשנים האחרונות. עדיין יש מושג Hail Mary שיכול להסביר את החלקים המסתוריים ביקום שלא מכוסים על ידי המודל הסטנדרטי, עם זאת: חלקיקים על-סימטריים ארוכי-שנים, המכונים לפעמים ספריקים בקיצור. אך באופן מדכא, חיפוש שנערך לאחרונה אחר חלקיקי הכדור הזוי הזה חזר בידיים ריקות.
סימטריה לא כל כך סופר
ללא ספק מערך התיאוריות הטרנדי ביותר שדוחף את גבולות המודל הסטנדרטי הנוכחי מקובץ יחד לכיתת רעיונות המכונה סופר-סימטריה. במודלים אלה, שני מחנות החלקיקים העיקריים בטבע ("בוזונים", כמו הפוטונים המוכרים; ו"פרמיונים "- כמו אלקטרונים, קווארקים ונייטרינים) הם למעשה עם סוג אחים של יחסים בין אחים. לכל בוסון יש בן זוג בעולם הפרמיון, וכמוהו, לכל פרמיון יש חבר של בוזון לקרוא לעצמו.
אף אחד מבני הזוג הללו (או באופן מתאים יותר בז'רגון המבלבל של פיזיקת החלקיקים - "שותפי-על") אינם מהמשפחה הרגילה של החלקיקים הידועים. במקום זאת, הם בדרך כלל הרבה יותר כבדים, מוזרים יותר ובעלי מראה מוזר יותר.
ההבדל במסה זו בין החלקיקים הידועים לבין שותפי העל שלהם הוא תוצאה של משהו שנקרא שבירת סימטריה. משמעות הדבר היא כי באנרגיות גבוהות (כמו קרבם של מאיצי החלקיקים), מערכות היחסים המתמטיות בין חלקיקים לבין בני זוגם נמצאים על קילול שווה, מה שמוביל להמונים שווים. באנרגיות נמוכות (כמו רמות האנרגיה שאתה חווה בחיי היומיום הרגילים), לעומת זאת, סימטריה זו נשברת, מה שמעביר את המוני החלקיקים של בן הזוג להרקיע שחקים. המנגנון הזה חשוב, מכיוון שזה קורה גם כדי להסביר פוטנציאל מדוע, למשל, כוח המשיכה חלש בהרבה מהכוחות האחרים. המתמטיקה היא רק מעט מסובכת, אבל הגרסה הקצרה היא כזאת: משהו נשבר ביקום, וגרם לחלקיקים הרגילים להיות פחות מסיביים מחבריהם העל. אותה פעולה שבירה אולי הענישה את כוח המשיכה, והפחיתה את כוחה ביחס לכוחות האחרים. מכוסה.
לחיות זמן רב ולשגשג
כדי לחפש סימטריות-על, חבורה של פיסיקאים שבנה פנימה ובנתה את פיצוץ האטום שנקרא "קדרדר הדרון הגדול", שאחרי שנים של חיפוש מפרך הגיע למסקנה המפתיעה אך המאכזבת שכמעט כל דגמי העל-סימטריה טועים.
אופס.
במילים פשוטות, איננו יכולים למצוא חלקיקים של שותפים. אפס. זילץ '. נאדה. אין רמזים לסופר-סימטריה לא הופיעו ברוכב החזק ביותר בעולם, בו חלקיקים מכווצים סביב מתקן מעגלי במהירות האור הקרובה לפני שהם מתנגשים זה בזה, מה שמביא לעיתים לייצור של חלקיקים חדשים אקזוטיים. זה לא אומר בהכרח שסופר-סימטריה שגויה, כשלעצמה, אבל כל הדגמים הפשוטים ביותר נפסלים כעת. האם הגיע הזמן לנטוש את העל-סימטריה? אולי, אבל יכול להיות שיש ברד מרי: חלקיקים ארוכי שנים.
בדרך כלל, בארץ פיזיקת החלקיקים, ככל שאתה מסיבי יותר, כך אתה לא יציב יותר ותפרוש מהר יותר לחלקיקים פשוטים וקלים יותר. זה בדיוק כמו הדברים. מכיוון שחלקיקי הפרטנרים צפויים להיות כבדים (אחרת, היינו רואים אותם עד עכשיו), ציפינו שהם יתפרקו במהירות למקלחות של דברים אחרים שאנחנו עשויים להכיר, ואז היינו בונים את הגלאים שלנו בהתאם.
אבל מה אם חלקיקי השותפים היו בעלי חיים ארוכים? מה אם באמצעות קצת מוזיקה של פיסיקה אקזוטית (תנו תאורטיקנים כמה שעות לחשוב על זה, והם ימצאו יותר ממוזרויות מספיק כדי לגרום לזה לקרות), החלקיקים האלה מצליחים להימלט מגבולות הגלאים שלנו לפני שהם מתפוררים בצייתנות. למשהו פחות מוזר? בתרחיש זה החיפושים שלנו היו מתרוקנים לגמרי, פשוט מכיוון שלא היינו מסתכלים רחוק מספיק. כמו כן, הגלאים שלנו לא מיועדים להיות מסוגלים לחפש ישירות אחר החלקיקים האלה ארוכי החיים.
אטלס להצלה
במאמר שפורסם לאחרונה באינטרנט 8 בפברואר בשרת ההדפסה המקדימה arXiv, דיווחו חברי ה- ATLAS (שיתוף פעולה מסורבל מעט לשיתוף פעולה עם Toroidal LHC ApparatuS) ב- Large Hadron Collider על חקירה של חלקיקים כה ארוכים. עם התקנת הניסוי הנוכחית, הם לא יכלו לחפש כל חלקיק אפשרי לאורך זמן, אך הם הצליחו לחפש חלקיקים ניטרליים עם המונים שנמצאים בין 5 ל -400 פעמים מזה של הפרוטון.
צוות ATLAS חיפש את החלקיקים ארוכי החיים לא במרכז הגלאי, אלא בקצוותיו, מה שהיה מאפשר לחלקיקים לנוע לכל מקום מכמה סנטימטרים עד מטרים ספורים. זה אולי לא נראה רחוק מאוד מבחינת הסטנדרטים האנושיים, אבל עבור חלקיקים מסיביים ויסודיים זה יכול להיות קצה היקום הידוע.
כמובן, זה לא החיפוש הראשון אחר חלקיקים ארוכי שנים, אבל זה המקיף ביותר, ומשתמש כמעט במלוא משקלם של המון רשומות ניסויים ב- Collider Large Hadron.
והתוצאה הגדולה: כלום. אפס. זילץ '. נאדה.
אף לא סימן אחד לחלקיקים ארוכי שנים.
האם זה אומר שגם הרעיון מת? לא ממש - מכשירים אלה לא באמת נועדו לצוד אחר חיות הבר הללו, ואנחנו רק מגרדים לפי מה שיש לנו. יתכן שיידרש דור נוסף של ניסויים שתוכננו במיוחד ללכוד חלקיקים ארוכי שנים לפני שאנחנו באמת תופסים אחד כזה.
או, באופן מדכא יותר, הם לא קיימים. וזה אומר שהיצורים הללו - יחד עם בני זוגם העל-סימטריים - הם באמת רק רוחות רפאים שחלמו על ידי פיזיקאים קדחתניים, ומה שאנחנו באמת צריכים זה מסגרת חדשה לגמרי לפיתרון כמה מהבעיות הבולטות של הפיזיקה המודרנית.
