Az Egyesült Államok és Dél-Korea fizikusai leírták a Világegyetemnek a Nagyrobbanás utáni evolúciójának lehetséges forgatókönyvét, amely különbözik a tudomány általánosan elfogadtól. E forgatókönyv szerint már nem lesz lehetséges új elemi részecskéket detektálni a CERN-en lévő nagy hadron-ütközőn (LHC). Ezenkívül egy alternatív forgatókönyv lehetővé teszi a tömegek hierarchiájának problémájának megoldását. Kutatás közzétett az arXiv.org oldalon
Az elméletet természetességnek hívják. Az energiák skálán határozzák meg az elektromágneses kölcsönhatás sorrendjében, az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatások elválasztása után. Ez körülbelül tíz volt mínusz harminckétnél - tíz mínusz tizenkét másodpercnél a Nagyrobbanás után. Aztán az új koncepció szerzői szerint hipotetikus elemi részecske létezett az univerzumban - rechiton (vagy reheaton, az angol reheatonból), amelynek szétesése a ma megfigyelt fizika kialakulásához vezetett.
Ahogy az univerzum hidegebbé vált (az anyag és a sugárzás hőmérséklete csökkent) és síkké (a tér geometriája megközelítette az euklididát), a Rechiton sok más részecskére szétesett. Szemcsés csoportokat képeztek, amelyek szinte nem lépnek kölcsönhatásba egymással, majdnem azonosak a fajkészlettel, de különböznek a Higgs-bozon tömegében, tehát a saját tömegükben.
Az ilyen részecskecsoportok száma, amelyek a tudósok szerint a modern világegyetemben léteznek, több ezer billiót is elér. A standard modell (SM) által leírt fizika, valamint az LHC-ben végzett kísérletek során megfigyelt részecskék és interakciók ezeknek a családoknak az egyikét képezik. Az új elmélet lehetővé teszi a szuperszimmetria elhagyását, amelyet továbbra is sikertelenül próbálnak megtalálni, és megoldja a részecskék hierarchiájának problémáját.
Különösen, ha a rechiton bomlás eredményeként képződött Higgs-bozon tömege kicsi, akkor a fennmaradó részecskék tömege nagy lesz, és fordítva. Ez oldja meg az elektromágneses hierarchia problémáját, amely az elemi részecskék kísérletileg megfigyelt tömege és a korai világegyetem energia skálái közötti nagy különbséggel függ össze. Például önmagában eltűnik az a kérdés, hogy miért egy 0,5 megaelektronvoltos tömegű elektron majdnem 200-szor könnyebb, mint az azonos kvantumszámú muon - az Univerzumban pontosan ugyanazok a részecskekészletek vannak, ahol ez a különbség nem olyan erős.
Az új elmélet szerint az LHC-ben végzett kísérletek során megfigyelt Higgss-bozon az ilyen típusú legkönnyebb részecske, amely egy rechiton bomlásának eredményeként képződött. A nehezebb bozonok a még fel nem fedezett részecskék más csoportjaihoz kapcsolódnak - a ma felfedezett és jól tanulmányozott leptonok analógjai (amelyek nem vesznek részt erős kölcsönhatásokban) és hadronok (erős kölcsönhatásokban résztvevők) analógjai.
Nima Arkani-Hamed
Promóciós videó:
Fotó: EP Osztály / CERN
Az új elmélet nem szünteti meg, de nem teszi szükségessé a szuperszimmetria bevezetését, ami azt jelenti, hogy az ismert elemi részecskék száma (legalább) megduplázódik a szuperpartnerek jelenléte miatt. Például fotonhoz - fototino, kvarchoz - szikárhoz, Higgshoz - Higgsinóhoz és így tovább. A szuperpartnerek centrifugálásának egész számmal felével kell eltérnie az eredeti részecske spinjétől.
Matematikailag a részecskéket és a szuper részecskéket egy rendszerbe egyesítik (supermultiplet); az összes kvantumparaméter, valamint a részecskék és társaik tömege pontosan megegyezik a szuperszimmetriában. Úgy gondolják, hogy a szuperszimmetria megtört a természetben, és ezért a szuperpartnerek tömege sokkal nagyobb, mint a részecskéik tömege. A szimmetrikus részecskék detektálásához olyan erős gyorsítókra volt szükség, mint az LHC.
Ha létezik szuperszimmetria, vagy bármilyen új részecske vagy kölcsönhatás létezik, akkor az új tanulmány szerzői szerint tíz teraelektronvolt skálán fedezhetők fel. Ez szinte az LHC képességeinek határán van, és ha a javasolt elmélet helyes, akkor az új részecskék felfedezése rendkívül valószínűtlen.
CM verziók
Kép: arXiv.org
A 750 gigaelektronvolta közelében lévő jel, amely jelzi, hogy egy nehéz részecske két gamma-fotonra bomlik, a CMS (Compact Muon Solenoid) és az ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) együttműködés tudósai szerint, amelyek az LHC-ben működtek 2015 decemberében és 2016 márciusában., statisztikai zajnak tekintik. 2012 után, amikor a CERN-en felfedezték a Higgs-bozon felfedezését, az SM kiterjesztések által előre jelzett új alapvető részecskék nem kerültek feltárásra.
Ezért várható az olyan elméletek kialakulása, amelyekben eltűnik a szuperszimmetria szükségessége. "Számos teoretikus, köztük magam is, úgy gondolja, hogy egy teljesen egyedülálló idő, amikor fontos és rendszerszintű kérdéseket oldunk meg, és nem érintjük a következő elemi részecskék részleteit." - mondta az új tanulmány vezető szerzője, Nima Arkani-Hamed fizikus. a Princeton University-től (USA).
Optimizmusát nem mindenki osztja. Például Matt Strassler, a Harvard Egyetem fizikusa úgy véli, hogy az új elmélet matematikai igazolása meghonosodott. Eközben Paddy Fox az Enrico Fermi Nemzeti Gyorsító laboratóriumból (Batavia, USA) úgy véli, hogy az új elmélet a következő tíz évben kipróbálható. Véleménye szerint az olyan nehéz részecskéknek, amelyek bármilyen nehéz Higgsz-boszonnal egy csoportban képződnek, nyomaikat a relikvi sugárzáson kell hagyniuk - ez az ősi mikrohullámú sugárzás, amelyet a Big Bang elmélete megjósolt.
Andrey Borisov