Fyzici z USA a Južnej Kórey opísali možný scenár vývoja vesmíru po Veľkom tresku, ktorý sa líši od scenára všeobecne akceptovaného vedou. Podľa tohto scenára už nebude možné detegovať nové elementárne častice vo veľkom hadrónovom zrážači (LHC) v CERN. Alternatívny scenár vám tiež umožňuje vyriešiť problém hierarchie mas. Výskum zverejnený na arXiv.org
Teória sa nazýva neprirodzenosť. Je určovaná na stupnici energií rádiovej interakcie, po oddelení elektromagnetických a slabých interakcií. To bolo asi desať na mínus tridsaťdva - desať na mínus dvanásť sekúnd po Veľkom tresku. Podľa autorov nového konceptu potom vo vesmíre existovala hypotetická elementárna častica - rechiton (alebo reheaton, z anglického reheaton), ktorej rozpad viedol k formovaniu pozorovanej fyziky.
Keď sa vesmír ochladil (teplota hmoty a žiarenia klesla) a plochý (geometria vesmíru sa priblížila k Euklidovci), Rechiton sa rozpadol na mnoho ďalších častíc. Vytvorili skupiny častíc, ktoré takmer navzájom neinteragujú, takmer identické v množinách druhov, ale líšia sa hmotnosťou Higgsovho bozónu, a teda svojou vlastnou hmotnosťou.
Počet takýchto skupín častíc, ktoré podľa vedcov existujú v modernom vesmíre, dosahuje niekoľko tisíc biliónov. Fyzika opísaná v štandardnom modeli (SM) a častice a interakcie pozorované pri pokusoch na LHC patria do jednej z týchto rodín. Nová teória umožňuje opustiť supersymetriu, ktorá sa stále neúspešne snaží nájsť, a rieši problém hierarchie častíc.
Najmä ak je hmotnosť Higgsovho bozónu vytvoreného v dôsledku rozpadu rechitónu malá, potom bude hmotnosť zvyšných častíc veľká a naopak. Toto rieši problém hierarchie elektroslabín spojenej s veľkou medzerou medzi experimentálne pozorovanými hmotami elementárnych častíc a energetickými váhami skorého vesmíru. Napríklad otázka, prečo je elektrón s hmotnosťou 0,5 megaelektronvoltu takmer 200-krát ľahší ako mión s rovnakými kvantovými číslami, sama od seba zmizne - vo vesmíre sú presne rovnaké súbory častíc, kde tento rozdiel nie je taký silný.
Podľa novej teórie je Higgsov bozón pozorovaný pri pokusoch na LHC najľahšou časticou tohto typu, ktorá vznikla v dôsledku rozkladu rechiton. Ťažšie bozóny sú spojené s ďalšími skupinami doteraz neobjavených častíc - analógmi dnes objavených a dobre študovaných leptonov (nezúčastňujúcich sa silných interakcií) a hadrónov (zúčastňujúcich sa silných interakcií).
Nima Arkani-Hamed
Propagačné video:
Foto: EP Departement / CERN
Nová teória sa nezruší, ale nie je potrebné zaviesť supersymetriu, čo znamená zdvojnásobenie (aspoň) počtu známych elementárnych častíc v dôsledku prítomnosti super partnerov. Napríklad pre fotón - fotino, kvark - kvark, Higgs - Higgsino atď. Rotácia superpartnerov by sa mala líšiť o pol integeru od rotácie pôvodnej častice.
Matematicky sa častica a jej častice kombinujú do jedného systému (superultiplet); všetky kvantové parametre a hmotnosti častíc a ich partnerov sa zhodujú v presnej supersymetrii. Predpokladá sa, že supersymetria je v prírode narušená, a preto je hmotnosť superpartnerov oveľa väčšia ako hmotnosť ich častíc. Na detekciu supersymetrických častíc boli potrebné silné urýchľovače, ako je LHC.
Ak existuje supersymetria alebo akékoľvek nové častice alebo interakcie, potom sa podľa autorov novej štúdie môžu objaviť na stupnici desiatich teraelektronov. Toto je takmer na hranici schopností LHC a ak je navrhovaná teória správna, objav nových častíc je veľmi nepravdepodobný.
Verzie CM
Obrázok: arXiv.org
Vedci zo spolupráce CMS (Compact Muon Solenoid) a ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) pracujúci na LHC v decembri 2015 a marci 2016 signalizovali signál približne 750 gigaelektronov, čo by mohlo naznačovať rozpad ťažkej častice na dva gama fotóny., rozpoznané ako štatistický šum. Po roku 2012, keď sa zistilo objavenie Higgsovho bozónu v CERN, neboli odhalené žiadne nové základné častice predpovedané rozšíreniami SM.
Preto sa očakáva vznik teórií, v ktorých potreba supersymetrie zanikne. „Existuje veľa teoretikov, vrátane mňa, ktorí veria, že teraz je úplne jedinečný čas, keď riešime dôležité a systémové problémy a netýkajú sa podrobností o žiadnej ďalšej elementárnej častici,“uviedla vedúca autorka novej štúdie, fyzik Nima Arkani-Hamed. z Princeton University (USA).
Jeho optimizmus nezdieľa každý. Napríklad, fyzik Matt Strassler z Harvardskej univerzity sa domnieva, že matematické opodstatnenie novej teórie sa má vymyslieť. Medzitým sa Paddy Fox z Národného laboratória pre urýchlenie Enrico Fermi v Batavii (USA) domnieva, že nová teória sa dá otestovať v nasledujúcich desiatich rokoch. Podľa jeho názoru by častice vytvorené v skupine s akýmkoľvek ťažkým Higgsovým bozónom mali zanechať stopy reliktného žiarenia - starodávneho mikrovlnného žiarenia predpovedaného teóriou Veľkého tresku.
Andrey Borisov