Fysikere fra USA og Sør-Korea beskrev et mulig scenario for universets utvikling etter Big Bang, som skiller seg fra det som generelt er akseptert av vitenskapen. I følge dette scenariet vil det ikke lenger være mulig å oppdage nye elementære partikler ved Large Hadron Collider (LHC) ved CERN. Et alternativt scenario lar deg også løse problemet med masserhierarkiet. Forskning publisert på arXiv.org
Teorien kalles Nnaturalness. Det bestemmes på skalaen til energiene i rekkefølgen av elektro-svak interaksjon, etter at elektromagnetiske og svake interaksjoner er separert. Dette var omtrent ti på minus tretti-to - ti på minus tolv sekunder etter Big Bang. Deretter eksisterte, ifølge forfatterne av det nye konseptet, en hypotetisk elementær partikkel i universet - rechiton (eller reheaton, fra den engelske reheaton), hvis oppløsning førte til dannelsen av fysikken observert i dag.
Da universet ble kaldere (temperaturen på materie og stråling sank) og flat (geometrien i rommet nærmet seg euklidean), disintegrerte Rechiton til mange andre partikler. De dannet grupper av partikler som knapt samvirker med hverandre, nesten identiske i artsoppsatte, men som skilte seg ut i massen av Higgs boson, og derav i deres egne masser.
Antallet slike grupper av partikler, som ifølge forskere eksisterer i det moderne universet, når flere tusen billioner. Fysikken beskrevet av Standard Model (SM) og partiklene og interaksjoner observert i eksperimenter ved LHC tilhører en av disse familiene. Den nye teorien lar en forlate supersymmetri, som fremdeles prøver å finne uten hell, og løser problemet med partiklerhierarkiet.
Spesielt hvis massen av Higgs-bosonet som dannes som et resultat av rechiton-forfallet er liten, vil massen til de gjenværende partiklene være stor, og omvendt. Dette er det som løser problemet med elektråkehierarkiet assosiert med det store gapet mellom de eksperimentelt observerte massene av elementære partikler og energiskalaen i det tidlige universet. For eksempel, spørsmålet om hvorfor et elektron med en masse på 0,5 megaelektronvolt er nesten 200 ganger lettere enn en muon med samme kvantetall forsvinner av seg selv - i universet er det nøyaktig de samme sett med partikler der denne forskjellen ikke er så sterk.
I følge den nye teorien er Higgs boson observert i eksperimenter ved LHC den letteste partikkelen av denne typen, dannet som et resultat av forfallet til et rechiton. Tyngre bosoner er assosiert med andre grupper med partikler som ikke er oppdaget ennå - analoger av i dag oppdagede og godt studerte leptoner (deltar ikke i den sterke interaksjonen) og hadroner (deltar i den sterke interaksjonen).
Nima Arkani-Hamed
Salgsfremmende video:
Foto: EP Departement / CERN
Den nye teorien avbryter ikke, men gjør det ikke så nødvendig å innføre supersymmetri, noe som innebærer en dobling (minst) av antall kjente elementære partikler på grunn av tilstedeværelsen av superpartnere. For eksempel for et foton - en fotino, en kvark - et kvark, en Higgs - en Higgsino, og så videre. Spinnet til superpartnerne bør avvike med et halvt heltall fra spinnet til den opprinnelige partikkelen.
Matematisk blir en partikkel og en superpartikkel kombinert i ett system (supermultiplet); alle kvanteparametere og masser av partikler og deres partnere sammenfaller i eksakt supersymmetri. Det antas at supersymmetri er krenket i naturen, og derfor overstiger massen av superpartnere betydelig massen til deres partikler. For å oppdage supersymmetriske partikler, var det nødvendig med kraftige akseleratorer som LHC.
Hvis supersymmetri eller nye partikler eller interaksjoner eksisterer, kan de ifølge forfatterne av den nye studien bli oppdaget i en skala fra ti teraelektronvolt. Dette er nesten på grensen til LHCs evner, og hvis den foreslåtte teorien er riktig, er oppdagelsen av nye partikler der svært usannsynlig.
CM-versjoner
Bilde: arXiv.org
Et signal nær 750 gigaelektronvolt, som kan indikere forfallet av en tung partikkel til to gamma-fotoner, som rapportert av forskere fra CMS (Compact Muon Solenoid) og ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) samarbeid som arbeidet ved LHC i desember 2015 og mars 2016, anerkjent som statistisk støy. Etter 2012, da det ble kjent om oppdagelsen av Higgs-bosonet ved CERN, har ingen nye grunnleggende partikler spådd av SM-utvidelsene blitt avslørt.
Derfor forventes fremveksten av teorier der behovet for supersymmetri forsvinner. "Det er mange teoretikere, inkludert meg selv, som mener at det nå er en helt unik tid når vi løser viktige og systemiske problemer, og ikke angående detaljene om noen neste elementære partikkel," sa hovedforfatteren av den nye studien, fysikeren Nima Arkani-Hamed fra Princeton University (USA).
Hans optimisme deles ikke av alle. For eksempel mener fysiker Matt Strassler ved Harvard University at den matematiske begrunnelsen for den nye teorien som må fremmes. I mellomtiden tror Paddy Fox fra Enrico Fermi National Accelerator Laboratory i Batavia (USA) at den nye teorien kan testes i løpet av de neste ti årene. Etter hans mening bør partikler som dannes i en gruppe med en hvilken som helst tung Higgs-boson, etterlate sine spor på relikviesstrålingen - den eldgamle mikrobølgestrålingen som Big Bang-teorien spådde.
Andrey Borisov
