Fiziki iz ZDA in Južne Koreje so opisali možen scenarij razvoja vesolja po velikem udaru, ki se razlikuje od tistega, ki ga znanost splošno sprejema. Po tem scenariju ne bo več mogoče zaznati novih elementarnih delcev na velikem hadronskem trkalniku (LHC) pri CERN-u. Tudi alternativni scenarij vam omogoča, da rešite problem hierarhije množic. Raziskava objavljena na arXiv.org
Teorija se imenuje Naravnost. Določen je na lestvici energij zaporedja elektrobobnih interakcij po ločitvi elektromagnetnih in šibkih interakcij. To je bilo okoli desetega ob minus dvaindvajsetih - desetih ob minus dvanajstih sekundah po velikem udaru. Potem je po mnenju avtorjev novega koncepta v vesolju obstajal hipotetični osnovni delček - rechiton (ali reheaton, iz angleškega reheaton), katerega razpad je privedel do oblikovanja danes opazovane fizike.
Ko je vesolje postajalo hladnejše (temperatura snovi in sevanja se je zmanjševala) in ravno (geometrija prostora se je približala evklidski), se je Rechiton razkrojil na številne druge delce. Oblikovali so skupine delcev, ki med seboj skoraj ne delujejo, skoraj enake v vrsti, vendar se razlikujejo po masi Higgsovega bozona in s tem v lastni masi.
Število takšnih skupin delcev, ki po mnenju znanstvenikov obstajajo v sodobnem vesolju, dosega nekaj tisoč bilijonov. Fizika, ki jo opisuje standardni model (SM), in delci in interakcije, opaženi v poskusih na LHC, spadajo v eno od teh družin. Nova teorija omogoča opustiti superimetrijo, ki se jo še vedno neuspešno trudi, in rešuje problem hierarhije delcev.
Še posebej, če je masa Higgsovega bozona, ki nastane kot posledica razpada rehitona, majhna, potem bo masa preostalih delcev velika, in obratno. To je tisto, kar rešuje problem hierarhije elektroslabja, povezane z veliko vrzeljo med eksperimentalno opazovanimi masami elementarnih delcev in energijskimi lestvicami zgodnjega Vesolja. Na primer, vprašanje, zakaj je elektron z maso 0,5 megaelektronvolta skoraj 200-krat lažji od muona z enakimi kvantnimi številkami, izgine sam od sebe - v Vesolju obstajajo popolnoma enaki sklopi delcev, kjer ta razlika ni tako močna.
Po novi teoriji je Higgsov bozon, opažen v poskusih na LHC, najlažji delček te vrste, ki je nastal kot razpad rehitona. Težji bozoni so povezani z drugimi skupinami še ne odkritih delcev - analogi danes odkritih in dobro raziskanih leptonov (ki ne sodelujejo v močni interakciji) in hadroni (ki sodelujejo v močni interakciji).
Nima Arkani-Hamed
Promocijski video:
Foto: EP Departement / CERN
Nova teorija ne odpoveduje, a zaradi tega ni nujno, da bi uvedli supersimetrijo, kar pomeni podvojitev (vsaj) števila znanih elementarnih delcev zaradi prisotnosti super partnerjev. Na primer, za foton - fotino, kvark - škver, Higgs - Higgsino in tako naprej. Vrtenje superpartnerjev se mora za polovico razlikovati od spina prvotnega delca.
Matematično sta delček in nadčlovek združena v en sistem (supermultiplet); vsi kvantni parametri in mase delcev in njihovih partnerjev sovpadajo v natančni supersimetriji. Menijo, da je v naravi kršena supersimetrija in je zato masa superpartnerjev veliko večja od mase njihovih delcev. Za zaznavanje super-simetričnih delcev so bili potrebni močni pospeševalci, kot je LHC.
Če obstajata super-simetrija ali kakršni koli novi delci ali interakcije, jih lahko po mnenju avtorjev nove študije odkrijemo v merilu deset teraelektronvoltov. To je skoraj na meji zmogljivosti LHC, in če je predlagana teorija pravilna, je odkritje novih delcev tam malo verjetno.
Različice CM
Slika: arXiv.org
Signal blizu 750 gigaelektronvoltov, ki bi lahko nakazoval razpad težkega delca na dva gama fotona, o čemer so poročali znanstveniki sodelavcev CMS (Compact Muon Solenoid) in ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), ki so delovali v LHC decembra 2015 in marca 2016, prepoznani kot statistični hrup. Po letu 2012, ko je postalo znano o odkritju Higgsovega bozona v CERN-u, niso bili razkriti novi temeljni delci, ki bi jih predvideli razširitve SM.
Zato je pričakovati pojav teorij, po katerih potreba po superpersimetriji izgine. "Obstaja veliko teoretikov, tudi jaz, ki verjamemo, da je zdaj povsem edinstven čas, ko rešujemo pomembna in sistemska vprašanja in ne zadevamo podrobnosti o naslednjem osnovnem delcu," je povedala vodilna avtorica nove študije, fizik Nima Arkani-Hamed z univerze Princeton (ZDA).
Njegovega optimizma ne delijo vsi. Na primer, fizik Matt Strassler z univerze Harvard verjame, da je matematična utemeljitev nove teorije na udaru. Medtem Paddy Fox iz nacionalnega pospeševalnega laboratorija Enrico Fermi v Bataviji (ZDA) verjame, da je mogoče novo teorijo preizkusiti v naslednjih desetih letih. Po njegovem mnenju naj bi delci, ki so nastali v skupini s težkim Higgsovim bozonom, pustili svoje sledi na relikvijskem sevanju - starodavnem mikrovalovnem sevanju, ki ga predvideva teorija Big Bang.
Andrey Borisov