Fysikere fra USA og Sydkorea beskrev et muligt scenario for universets udvikling efter Big Bang, som adskiller sig fra det, der generelt accepteres af videnskaben. I henhold til dette scenarie vil det ikke længere være muligt at detektere nye elementære partikler i Large Hadron Collider (LHC) ved CERN. Et alternativt scenarie giver dig også mulighed for at løse problemet med masser hierarkiet. Forskning offentliggjort på arXiv.org
Teorien kaldes Nnaturalness. Det bestemmes på skalaen for energier i rækkefølgen af elektro-fælgeinteraktionen, efter adskillelsen af de elektromagnetiske og svage interaktioner. Dette var omkring ti på minus toogtredive - ti på minus tolv sekunder efter Big Bang. Derefter eksisterede der ifølge forfatterne af det nye koncept en hypotetisk elementær partikel i universet - rechiton (eller repetition, fra den engelske repetition), hvis opløsning førte til dannelsen af den fysik, der blev observeret i dag.
Efterhånden som universet blev koldere (temperaturen på stof og stråling faldt) og flad (geometrien i rummet nærmet sig Euklidean), opløst Rechiton i mange andre partikler. De dannede grupper af partikler, der næppe interagerer med hinanden, næsten identiske i artssæt, men adskiller sig i Higgs-bosonens masse og dermed i deres egne masser.
Antallet af sådanne grupper af partikler, som ifølge videnskabsmænd findes i det moderne univers, når flere tusinde billioner. Fysikken beskrevet af standardmodellen (SM) og partiklerne og interaktioner observeret i eksperimenter ved LHC tilhører en af disse familier. Den nye teori tillader en at opgive supersymmetri, der stadig forsøger at finde uden held, og løser problemet med partiklers hierarki.
Især hvis massen af Higgs-bosonet dannet som et resultat af rechiton-forfaldet er lille, vil massen af de resterende partikler være stor, og vice versa. Det er dette, der løser problemet med elektro-sorte hierarkiet, der er forbundet med den store kløft mellem de eksperimentelt observerede masser af elementære partikler og energivægten i det tidlige univers. Spørgsmålet om, hvorfor et elektron med en masse på 0,5 megaelektronvolt er næsten 200 gange lettere end en muon med det samme kvantetal, forsvinder af sig selv - i universet er der nøjagtigt de samme sæt partikler, hvor denne forskel ikke er så stærk.
I henhold til den nye teori er Higgs-bosonen, der blev observeret i eksperimenter ved LHC, den letteste partikel af denne type, dannet som et resultat af henfaldet af en rechiton. Tyngre bosoner er forbundet med andre grupper af endnu ikke opdagede partikler - analoger af i dag opdagede og godt studerede leptoner (deltager ikke i den stærke interaktion) og hadroner (deltager i den stærke interaktion).
Nima Arkani-Hamed
Salgsfremmende video:
Foto: EP Departement / CERN
Den nye teori annullerer ikke, men gør det ikke så nødvendigt at indføre supersymmetri, hvilket indebærer fordobling (i det mindste) antallet af kendte elementære partikler på grund af tilstedeværelsen af superpartnere. For eksempel for en foton - en fotino, en kvark - en kvark, en Higgs - en Higgsino og så videre. Superparternes spin skal afvige med et halvt heltal fra spin af den originale partikel.
Matematisk kombineres en partikel og en superpartikel til et system (supermultiplet); alle kvanteparametre og masser af partikler og deres partnere falder sammen i nøjagtig supersymmetri. Det antages, at supersymmetri er brudt i naturen, og massen af superpartnere er derfor meget større end massen af deres partikler. For at detektere supersymmetriske partikler var der brug for kraftige acceleratorer som LHC.
Hvis supersymmetri eller nye partikler eller interaktioner findes, kan de ifølge forfatterne af den nye undersøgelse opdages i en skala fra ti teraelektronvolt. Dette er næsten på grænsen til LHC's kapaciteter, og hvis den foreslåede teori er korrekt, er opdagelsen af nye partikler der yderst usandsynlig.
CM-versioner
Billede: arXiv.org
Et signal nær 750 gigaelektronvolt, som kunne indikere forfaldet af en tung partikel til to gamma-fotoner, som rapporteret af forskerne fra CMS (Compact Muon Solenoid) og ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) samarbejder, der arbejdede på LHC i december 2015 og marts 2016, anerkendt som statistisk støj. Efter 2012, da det blev kendt om opdagelsen af Higgs-bosonen ved CERN, er der ikke afsløret nye grundlæggende partikler, der er forudsagt af SM-udvidelserne.
Derfor forventes fremkomsten af teorier, hvor behovet for supersymmetri forsvinder. "Der er mange teoretikere, inklusive mig selv, der mener, at det nu er en helt unik tid, hvor vi løser vigtige og systemiske problemer og ikke om detaljerne i en næste elementær partikel," sagde hovedforfatteren af den nye undersøgelse, fysiker Nima Arkani-Hamed fra Princeton University (USA).
Hans optimisme deles ikke af alle. F.eks. Mener fysiker Matt Strassler fra Harvard University, at den matematiske retfærdiggørelse af den nye teori skal modsiges. I mellemtiden mener Paddy Fox fra Enrico Fermi National Accelerator Laboratory i Batavia (USA), at den nye teori kan testes i de næste ti år. Efter hans mening bør partikler dannet i en gruppe med en hvilken som helst tung Higgs-boson efterlade deres spor på relikviesstrålingen - den gamle mikrobølgestråling, der er forudsagt af Big Bang-teorien.
Andrey Borisov