Hvad er supersymmetri?

Hurtigere end en fartkugle! Mere kraftfuld end et lokomotiv! I stand til at springe høje bygninger i en enkelt bund! Hvorfor, det er naturligvis supersymmetri. (SUSY, hvis du foretrækker den sødere, inkognito personlighed.) Af alle de superhelte, vi har i universet, supersymmetri kan være den, der vil redde os fra total udslettelse. Ikke fordi det bekæmper onde eller overlader skurke, men fordi det bare kan forklare, hvordan den mindste, de fleste elementære dele af kosmos fungerer. Lås universet op, og hvem ved, hvad vi kan forsvare os imod.

Hvem er vores kloge helt? Vores muskuløse heltinde? Godt, det er mere muset Peter Parker end suave Spider-Man. Det er faktisk et princip - tænkt til at udfylde hullerne i en anden ramme - som fysikere begynder at frygte ikke er halvt så stærk som det ser ud til. Supersymmetri har muligvis endelig mødt sin kamp, og Large Hadron Collider er arenaen, hvor den bare kan tage sit sidste gisp.

Først, et skridt tilbage. Standardmodellen er, hvad fysikere i dag bruger til at forstå universets rudimenter. Det definerer de grundlæggende partikler, samt de fire kræfter, der interagerer med partiklerne for at få universet til at tude med. Disse partikler inkluderer kvarker og leptoner:Du kender muligvis protoner og neutroner fra kvarkfamilien, og elektroner og neutrinoer som leptoner. Kræfterne er stærke, svag, elektromagnetisk og tyngdekraft.

Standardmodellen siger også, at hver af disse kræfter har en tilsvarende partikel (eller boson). Ved at udveksle bosoner med hinanden, stof kan overføre energi mellem hinanden [kilde:CERN]. Og her er noget virkelig praktisk:Hver partikel i standardmodellen er fundet, herunder - for ikke så længe siden - Higgs -bosonen. Higgs udgør et større Higgs -felt, som overfører masse til partikler.

Nu er her en underlig ting. Hvis standardmodellen er korrekt, det betyder, at Higgs -feltet giver subatomære partikler deres masse. Men der står ikke, hvad masserne er, det forklarer heller ikke, hvorfor Higgs -bosonen ville være lys - det burde virkelig være, virkelig tungt, hvis de andre standardmodelpartikler interagerer med det, som det er forudsagt.

Det er her, supersymmetri kommer ind. Som folkene på Fermilab minder os om, supersymmetri er et princip, ikke en teori, så det betyder, at der er masser af supersymmetriske teorier, der adskiller sig på forskellige punkter. Allesammen, selvom, har supersymmetriske ligninger, der behandler stof og kræfter identisk [kilde:Fermilab]. Jep, stof og kraft kan byttes.

Hvordan kan den balancegang være? Supersymmetri siger, at hver partikel, der er beskrevet i standardmodellen, har en superpartner med en anden masse. Så alle kendte stofpartikler (eller fermion ) har en kraftpartikel (eller boson ) og omvendt. En elektron er et eksempel på en fermion, mens en foton er et eksempel på en boson. En af superpartners mest nyttige egenskaber ville være, at de rent faktisk ville annullere de virkelig, virkelig stor masse, som standardmodellen forudsiger, at Higgs ville have. Hvilket lyder fantastisk, fordi hej - vi fandt Higgs, og det var ikke så massivt. Supersymmetri lever! Viva la supersymmetri!

Øh, men du vil måske vente på det, fordi heri ligger et stort problem med supersymmetri og superpartnerne:Vi har ikke set dem. Selvom det er fantastisk at finde Higgs ved massen supersymmetri forudsiger, vi burde virkelig se alle disse superpartnerpartikler, også. Og efter at have kørt Large Hadron Collider i årevis, det har vi ikke.

Ja, ja, det er lidt svært at retfærdiggøre at blive ved med supersymmetri. Vi går ud fra, at alle disse superpartnere eksisterer, fordi standardmodellen bare ville give mere mening, hvis de gør det. Virker som dårlig videnskab, ret?

Godt, ikke så hurtigt. Supersymmetri ville besvare mere end bare Higgs -spørgsmålet, og at kunne løse flere problemer med en løsning er tiltrækkende for forskere [kilde:Fermilab]. For eksempel, fysikere forstod ikke, hvorfor galakser snurrer så hurtigt som de gør, i betragtning af deres betydelige masse, så de stillede en ny sag - mørkt stof - at løse problemet. Så stødte de på et større problem:Hvis der findes mørkt stof, hvad i alverden er den lavet af? Vi havde aldrig set det, så vi kunne ikke sige, hvad der sammensætter de mystiske ting. Supersymmetri løser det problem, fordi den letteste supersymmetriske partikel helt ville passe til regningen for mørkt stof.

En anden velsignelse, som supersymmetri ville give? At de tre kræfter vi forstår på en subatomær skala (stærk, svag og elektromagnetisk) kunne forstås som en del af en samlende kraft. Mens standardmodellen siger, at kræfterne bliver ens ved meget høje energier, supersymmetri ville forudsige, at de tre kræfter forenes ved en enkelt energi [kilde:Fermilab]. Nu, dette er ikke nødvendigt for at give mening "men - som vi sagde - fysikere kan lide naturlige, elegante løsninger. Supersymmetri ville skabe netop den løsning, fysikere ønsker, når det drejer sig om spørgsmålet om forenende kræfter.

Endnu engang, vi skal mindes om, at alt dette er forgæves, hvis vi ikke finder disse superpartnere. Hvis vi ikke kan finde dem, vi har ingen forklaring på Higgs bosonmassen, det mørke stof eller forening af kræfter. Men vi kalder dødstidspunktet på supersymmetri, før vi har givet det en chance for at kæmpe.

Fordi håbet måske er på vej, i form af en massiv protoneksplosion. Det er rigtigt, vores håb ligger stadig hos Large Hadron Collider, partikelacceleratoren, der var ansvarlig for at finde beviser for Higgs -bosonen i 2012. Selvom fundet af Higgs uden tvivl var en stor ting for supersymmetri -tilhængere - og fysikere generelt - var det, de virkelig håbede på, at finde en masse partikler . Mere specifikt, en flok af de undvigende superpartnere, der ville få os til at forstå, at supersymmetri er realistisk.

Det overdriver ikke det at sige, at det kun var en krise i fysikverdenen at finde Higgs (og ikke andre superpartnere) på LHC. Trods alt, for Higgs -massen at give mening, superpartnerne skulle have været fundet nogenlunde samme sted [kilde:Wolchover]. LHC er indstillet til at tænde igen i 2015, krasjer protoner ved endnu højere energier for forhåbentlig at finde superpartnere ved højere masser. Desværre, det løser ikke helt problemet:Selvom de finder massetunge superpartnere, de meget bekvemme virkninger af supersymmetri - at den ville afbryde Higgs 'super tunge masse - ville ikke helt fungere lige så godt [kilde:Wolchover]. Så vi ville, endnu engang, sidde fast i en supersymmetri -rut.

Men som folk har bemærket, supersymmetri er et princip, ikke en teori. I nogle supersymmetriske scenarier, Large Hadron Collider kunne ikke have opdaget superpartnerne, på grund af begrænsninger i forsøgene, og deres manglende evne til at detektere mindre stabile partikler [kilde:Wolchover]. Så selvom supersymmetri nok skal løbe gispende ind i rummet ret hurtigt med en ret god undskyldning for at være så sent, det er endnu ikke tid til at lukke døren.

Masser mere information

Forfatterens note:Hvad er supersymmetri?

Disse MIA -superpartnere er virkelig begyndt at skræmme nogle fysikere. Det ville være en virkelig stor ting, hvis vi aldrig så dem, fordi partikelfysik desperat har brug for testbare teorier. Uden superpartnere - eller i det mindste ingen måde at verificere dem i vores univers - vi bliver nødt til at finde en anden testbar løsning på nogle af standardmodelhullerne.

relaterede artikler

• Hvad er Higgs boson egentlig?
• Hvad ser partikelfysikere, når der sker kollisioner?
• Kan LHC bevise strengteori?
• 5 opdagelser foretaget af den store Hadron Collider (indtil videre)
• Har LHC fundet nogen praktisk anvendelse til Higgs boson?

Kilder

• Castelvecchi, Davide. "Er Supersymmetri død?" Videnskabelig amerikansk. 1. maj kl. 2012. (22. juli, 2014) http://www.scientificamerican.com/article/is-supersymmetry-dead/
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Supersymmetri." 2014. (22. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/supersymmetry
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Standardmodellen." 2014. (22. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model
• Fermilab, Det amerikanske energiministerium. "Hvad er supersymmetri?" YouTube -video. 21. maj kl. 2013. (22. juli, 2014) https://www.youtube.com/watch?v=0CeLRrBAI60
• Fermilab, Det amerikanske energiministerium. "Hvorfor Supersymmetri?" YouTube -video. 31. maj kl. 2013. (22. juli, 2014) https://www.youtube.com/watch?v=09VbAe9JZ8Y&feature=youtu.be
• Ghosh, Pallab. "LHC -forskere søger efter 'naturens femte kraft'." BBC. 10. juli kl. 2014. (22. juli, 2014) http://www.bbc.com/news/science-environment-28218775
• Lincoln, Don. "Supersymmetri:Ser i naturens spejl." NOVA. 30. juli kl. 2012. (22. juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/07/supersymmetry-looking-in-natures-mirror/
• Lincoln, Don. "Higgs -bosonen ... eller en Higgs -boson?" NOVA. 15. marts 2013. (22. juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/physics/higgs-boson-discovered/
• Mann, Adam. "Supersymmetri." Kablet. 2. juli kl. 2012. (22. juli, 2014) http://www.wired.com/2012/07/supersymmetry-explained/
• Partikeleventyret. "Standardmodellen." Lawrence Berkeley National Laboratory. (22. juli, 2014) http://www.particleadventure.org/standard_model.html
• Wolchover, Natalie. "Da supersymmetri mislykkes i testen, fysikere søger nye ideer. "Quantum Magazine. 20. november, 2012. (22. juli, 2014) http://www.simonsfoundation.org/quanta/20121120-as-supersymmetry-fails-tests-physicists-seek-new-ideas/
• Wolchover, Natalie. "Er naturen unaturlig?" Quanta Magazine. 24. maj kl. 2014. (22. juli, 2014) http://www.simonsfoundation.org/quanta/20130524-is-nature-unnatural/