Ebben az ütközésben Higgs-bozon lebomlik, amelyet az ATLAS detektor 2012. május 18-án rögzített.
(Kép: © ATLAS)
Paul M. Sutter asztrofizikus a SUNY Stony Brooknál és a Flatiron Intézetnél, a házigazda Kérdezz egy űrhajóstól és Space Radio, és a "Helyed az univerzumban."Sutter hozzájárult ehhez a cikkhez Az Space.com szakértői hangjai: Op-Ed és Insights.
A természetben található szimmetriák a kozmosz alapvető megértését hajtják végre, a gravitáció egyetemességétől a a természet ereje magas energiákon.
Az 1970-es években a fizikusok felfedték a potenciális szimmetriát, amely egyesítette az univerzumunk mindenféle részecskéjét, az elektronoktól a fotonokig és minden közöttük. Ez a kapcsolat, az úgynevezett szuperszimmetria, a spin furcsa kvantumtulajdonságaira támaszkodik, és potenciálisan a kulcs a fizika új megértésének felszabadításához.
A szimmetriák hatalom
A szimmetriák évszázadokon keresztül lehetővé tették a fizikusok számára, hogy az univerzum egészében megtalálja a mögöttes kapcsolatokat és alapvető kapcsolatokat. Mikor Isaac Newton először rákattintott arra az ötletre, hogy az a fa, amely egy almát húz a gravitációtól, pontosan ugyanaz az erő, amely a hold körüli pályán tartja a napot, felfedezte egy szimmetriát: a gravitációs törvények valóban univerzálisak. Ez a betekintés óriási ugrást tett lehetővé a természet működésének megértésében.
Az 1800-as évek során a fizikusok a világ minden tájáról zavartak az elektromosság, a mágnesesség és a sugárzás furcsa tulajdonságai miatt. Mi okozta az áram áramlását egy vezetéken? Hogyan tud egy forgó mágnes ugyanazt az áramot átjuttatni? A fény hullám vagy részecske volt? Az évtizedek óta zajló nehéz gondolkodás James Clerk Maxwell tiszta matematikai áttörésével zárult le, aki ezeket a különálló vizsgálati ágakat egyetlen egyszerű egyenlet halmazán egyesítette: elektromágnesesség.
Albert Einstein szintén jelezte, hogy egy lépéssel tovább veszi Newton betekintését. Felfedte, hogy maximálisan figyelembe veszi, hogy minden fizikai törvénynek azonosnak kell lennie, pozíciójától vagy sebességétől függetlenül speciális relativitáselmélet; az idő és a tér fogalmait át kellett írni a természet ezen szimmetriájának megőrzése érdekében. És az a keverék gravitációjának hozzáadása vezetett általános relativitáselmélet, ennek az erőnek a modern megértése.
Még a természetvédelmi törvényeink - az energiamegtakarítás, a lendület megőrzése és így tovább - függnek a szimmetriatől. Az a tény, hogy napról napra is el lehet végezni egy kísérletet, és ugyanazt az eredményt kapja, egy szimmetriát mutat az idő során, amely a matematikai Emmy Noether az energiabeszélgetés törvényéhez vezet. És ha felveszi a kísérletet, és átviszi azt a helyiségen keresztül, és továbbra is ugyanazt az eredményt kapja, akkor csak felfedte a szimmetriát az űrben és a megfelelő lendület megőrzését.
Forgó tükör
A makroszkopikus világban ez csaknem összefoglalja az összes szimmetriát, amellyel a természetben találkoztunk. De a szubatómiai világ más történet. A a világegyetemünk van egy érdekes tulajdonsága, amelyet spinnek hívnak. Először olyan kísérletekben fedezték fel, amelyek során az atomokat változatos mágneses mezőn keresztül lövöldözték, és így útjaik pontosan ugyanúgy eltolódnak, mint a forgó, elektromosan töltött fémgömb.
A szubatomi részecskék azonban nem forognak, elektromosan töltött fémgömbök; bizonyos kísérletekben csak úgy viselkednek, mint ők. És a szokásos világ analógjaitól eltérően, a szubatomi részecskék nem tudnak kívánt mértékű forgást elérni. Ehelyett az egyes részecskék megkapják a saját egyedi mennyiségű centrifugálást.
Különböző homályos matematikai okok miatt egyes részecskék, például az elektron spinje ½ lesz, míg más részecskék, mint például a foton spinje 1 lesz. Ha kíváncsi, hogy a foton hogyan viselkedhet úgy, mint egy forgó fémgömb, ne izzadd túl sokat; szabadon gondolkodhat csak a „spinről”, mint a szubatomi részecskék újabb tulajdonságáról, amelyet nyomon kell követnünk, mint például a tömegük és a töltésük. És egyes részecskéknek több ez az tulajdonsága, másoknak kevesebb.
Általában két nagy részecskecsalád van: azok, amelyeknek egész egészei (1/2, 3/2, 5/2 stb.) Centrifugáltak, és azok, amelyeknek egész egészük van (0, 1, 2, stb.) .) spin. A félhasákat "fermionoknak" nevezzük, és világunk építőelemeiből állnak: elektronok, kvarkok, neutrinók és így tovább. Az olajokat "boszonok" -nak nevezik, és a természet erõinek hordozói: fotonok, gluonok és a többi.
Első pillantásra a részecskék e két családja valószínűleg nem különbözik egymástól.
A szikrák szimfóniája
Az 1970-es években húrteoretikusok elkezdett kritikusan vizsgálni a spin ezt a tulajdonságot, és azon tűnődött, hogy vajon lehet-e a természet szimmetriája. Az ötlet gyorsan kibővült a húrközösségen kívül, és aktív kutatási területré vált a részecskefizika területén. Ha igaz, ez a "szuperszimmetria" egyesíti ezt a két látszólag különálló részecskecsaládot. De hogyan nézne ki ez a szuperszimmetria?
Az alapvető lényeg az, hogy szuperszimmetriában minden fermionnak „szuperpartner részecskéje” (vagy röviden „spparticle” - és a nevek csak egyre rosszabbá válnak) lenne a bozon világában, és fordítva, ugyanolyan tömeggel és feltölteni, de másképp.
De ha a részecskéket keressük, akkor nem találunk. Például az elektron részecskéinek ("szelektron") ugyanolyan tömegű és töltésűnek kell lennie, mint az elektronnak, de az spinnek 1-nek kell lennie.
Az a részecske nem létezik.
Tehát valahogy ezt a szimmetriát meg kell szakítani az univerzumunkban, és a részecskék tömegét a részecske-ütközők tartományán kívülre kell vezetni. A szuperszimmetria elérésének sokféle módja van, mindegyik megkülönbözteti a szelektronok, a stop kvarkok, a szneutrinók és mindenki más tömegét.
A mai napig nem találtak bizonyítékot a szuperszimmetriára és a Nagy hadron ütköző kizárták a legegyszerűbb szuperszimmetrikus modelleket. Noha ez nem egészen a koporsó utolsó szöge, a teoretikusok vakarja a fejüket, azon töprengenek, vajon a természetben nem található-e meg a szuperszimmetria, és mit gondoljunk a következőre, ha nem találunk semmit.
- Az univerzum: Nagy Bang most 10 egyszerű lépésben
- A „szupergravitációs” teoretikusok 3 millió dolláros fizikai áttörési díjat nyernek
- Az Antarktiszból származó titokzatos részecskék szembeszállnak a fizikával
Tudjon meg többet az epizód meghallgatásával "Megéri a vonósok elmélete? (4. rész: Szükségünk van egy szuperhősre)" a Ask A Spaceman podcaston, elérhető a iTunes, és az interneten a http://www.askaspaceman.com. Köszönet John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T. ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. a kérdéshez, amely a darabhoz vezetett! Tegye fel saját kérdését a Twitteren a #AskASpaceman segítségével, vagy Paul követésével @PaulMattSutter és facebook.com/PaulMattSutter. Kövess minket a Twitteren @Spacedotcom vagy Facebook.
