تشرح النظرية الحاكمة لفيزياء الجسيمات كل شيء عن العالم دون الذري ... باستثناء الأجزاء التي لا تفعل ذلك. ولسوء الحظ ، لا يوجد الكثير من الصفات الجذابة التي يمكن تطبيقها على ما يسمى بالنموذج القياسي. هذه النظرية للفيزياء الأساسية ، التي تم بناؤها شيئًا فشيئًا على مدار عقود ، أفضل وصف لها بأنها غير مجهولة ، ومضللة وماك جيفير مع قطع من الخيوط والعلكة.
ومع ذلك ، فهو نموذج قوي للغاية يتنبأ بدقة بمجموعة متنوعة هائلة من التفاعلات والعمليات.
ولكن لديها بعض أوجه القصور الصارخة: لا تتضمن الجاذبية. لا يمكنها تفسير كتل الجسيمات المختلفة ، وبعضها يمنح القوة ؛ لا يحتوي على تفسير لسلوك نيوترينو معين ؛ ولا تحتوي الإجابة المستقيمة على إجابة لوجود مادة مظلمة.
لذا ، علينا أن نكتشف شيئًا. نحن بحاجة إلى تجاوز النموذج القياسي لفهم عالمنا بشكل أفضل.
لسوء الحظ ، تم استبعاد العديد من المتنافسين الرائدين في تفسير هذا الأمر الرائع - النظريات الفائقة التناظر - أو تم تقييدهم بشدة في السنوات الأخيرة. لا يزال هناك مفهوم Hail Mary الذي يمكن أن يفسر الأجزاء الغامضة من الكون التي لا يغطيها النموذج القياسي ، ومع ذلك: جسيمات فائقة التناظر طويلة العمر ، تسمى أحيانًا sparticles لفترة قصيرة. لكن الاكتئاب ، البحث الأخير عن هذه الجسيمات الغريبة عاد خالي الوفاض.
التماثل ليس عظمى
إلى حد بعيد ، تم تجميع أحدث مجموعة من النظريات التي تتجاوز حدود النموذج القياسي الحالي معًا في فئة من الأفكار المعروفة باسم التناظر الفائق. في هذه النماذج ، يمتلك المعسكران الرئيسيان للجسيمات في الطبيعة ("بوزونات" ، مثل الفوتونات المألوفة ؛ و "الفرميونات" - مثل الإلكترونات والكواركات والنيوترينو) في الواقع نوعًا غريبًا من علاقة الأخوة. لكل بوزون واحد شريك في عالم الفرميون ، وبالمثل ، لكل فرميون صديق للبوزون ليطلق عليه اسم خاص به.
لا يوجد أي من هؤلاء الشركاء (أو بشكل أكثر ملاءمة في المصطلحات المربكة لفيزياء الجسيمات - "الشركاء الفائقون") من بين الأسرة العادية للجسيمات المعروفة. بدلاً من ذلك ، عادة ما يكونون أثقل بكثير وغريبًا وعمومًا يبدو أغرب.
هذا الاختلاف في الكتلة بين الجسيمات المعروفة وشركائها الفائقين هو نتيجة لشيء يسمى كسر التماثل. هذا يعني أنه في الطاقات العالية (مثل الدواخل الداخلية لمسرعات الجسيمات) ، تكون العلاقات الرياضية بين الجسيمات وشركائها على قدم المساواة ، مما يؤدي إلى كتل متساوية. في الطاقات المنخفضة (مثل مستويات الطاقة التي تواجهها في الحياة اليومية العادية) ، ومع ذلك ، فإن هذا التناظر مكسور ، مما يجعل كتل الجسيمات الشريكة ترتفع بسرعة. هذه الآلية مهمة ، لأنها تحدث أيضًا لتفسر احتمال أن تكون الجاذبية ، على سبيل المثال ، أضعف بكثير من القوى الأخرى. الرياضيات معقدة للغاية ، ولكن النسخة القصيرة هي: شيء ما انكسر في الكون ، مما تسبب في أن تصبح الجسيمات الطبيعية أقل كتلة بشكل كبير من شركائها الفائقين. قد يعاقب هذا الفعل المكسور الجاذبية ، مما يقلل من قوتها بالنسبة للقوى الأخرى. أنيق.
عش طويلا وازدهر
للبحث عن التناظر الفائق ، قامت مجموعة من الفيزيائيين بتقطيع وبناء جهاز تحطيم الذرة يسمى مصادم هادرون الكبير ، والذي جاء بعد سنوات من البحث الشاق إلى استنتاج مثير للدهشة ولكنه مخيب للآمال وهو أن جميع نماذج التناظر الفائق كانت خاطئة تقريبًا.
عفوًا.
ببساطة ، لا يمكننا العثور على أي جزيئات شريك. صفر. Zilch. ندى. لم تظهر أي تلميحات حول التناظر الفائق في أقوى مصادم في العالم ، حيث يتم ضغط الجسيمات حول موانع دائرية بسرعة قريبة من الضوء قبل التصادم مع بعضها البعض ، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى إنتاج جسيمات جديدة غريبة. هذا لا يعني بالضرورة أن التناظر الفائق خطأ ، في حد ذاته ، ولكن تم استبعاد جميع أبسط النماذج الآن. هل حان الوقت للتخلي عن التناظر الفائق؟ ربما ، ولكن قد يكون هناك مريم حائل: جزيئات طويلة العمر.
عادة ، في أرض فيزياء الجسيمات ، كلما كنت أكبر ، كلما كنت غير مستقر وأسرع في التحلل إلى جسيمات أبسط وأخف. إنها فقط الطريقة التي تسير بها الأمور. نظرًا لأنه من المتوقع أن تكون جميع جزيئات الشريك ثقيلة (وإلا كنا سنراها الآن) ، توقعنا أن تتحلل بسرعة إلى زخات من الأشياء الأخرى التي قد نتعرف عليها ، ثم نقوم ببناء أجهزة الكشف الخاصة بنا وفقًا لذلك.
ولكن ماذا لو كانت جسيمات الشريك طويلة العمر؟ ماذا لو تمكنت هذه الجسيمات من الهروب من حدود كاشفاتنا قبل أن تتحلل بشكل مطيع ، من خلال بعض الغرائب في الفيزياء الغريبة (امنح المنظرون بضع ساعات للتفكير في الأمر ، وسيخرجون بأكثر من المراوغات الكافية لتحقيق ذلك) إلى شيء أقل غرابة؟ في هذا السيناريو ، كانت عمليات البحث لدينا ستصبح فارغة تمامًا ، ببساطة لأننا لم نكن نبتعد بعيدًا بما فيه الكفاية. أيضًا ، لم يتم تصميم أجهزة الكشف لدينا لتكون قادرة على البحث المباشر عن هذه الجسيمات طويلة العمر.
أطلس للإنقاذ
في بحث حديث نُشر على الإنترنت في 8 فبراير على خادم قبل الطباعة arXiv ، أفاد أعضاء ATLAS (اختصار محرج إلى حد ما لتعاون LHC ApparatuS) في مصادم هادرون الكبير عن تحقيق في هذه الجسيمات طويلة العمر. مع الإعداد التجريبي الحالي ، لم يتمكنوا من البحث عن كل جسيم محتمل طويل العمر ، لكنهم كانوا قادرين على البحث عن جسيمات محايدة مع كتل تتراوح بين 5 و 400 مرة من البروتون.
بحث فريق ATLAS عن الجسيمات طويلة العمر ليس في وسط الكاشف ، ولكن عند حوافه ، مما كان سيسمح للجسيمات بالسفر إلى أي مكان من بضعة سنتيمترات إلى بضعة أمتار. قد لا يبدو هذا بعيدًا جدًا من حيث المعايير البشرية ، ولكن بالنسبة للجسيمات الضخمة والأساسية ، قد يكون أيضًا حافة الكون المعروف.
بالطبع ، ليس هذا هو البحث الأول عن الجسيمات طويلة العمر ، ولكنه الأكثر شمولًا ، باستخدام الوزن الكامل لأحمال السجلات التجريبية في مصادم الهادرون الكبير.
والنتيجة الكبيرة: لا شيء. صفر. Zilch. ندى.
ليست علامة واحدة على أي جزيئات طويلة العمر.
هل يعني هذا أن الفكرة ماتت أيضًا؟ ليس تمامًا - لم يتم تصميم هذه الأدوات حقًا للذهاب للصيد لهذه الأنواع من الوحوش البرية ، ونحن نتخبط فقط بما لدينا. قد يستغرق الأمر جيلًا آخر من التجارب المصممة خصيصًا لاحتجاز الجسيمات طويلة العمر قبل أن نلتقط واحدة بالفعل.
أو ، بشكل أكثر اكتئابًا ، لا وجود لهم. وهذا يعني أن هذه المخلوقات - جنبًا إلى جنب مع شركائها الفائقين - هي في الحقيقة مجرد أشباح يحلم بها الفيزيائيون المحمومون ، وما نحتاجه في الواقع هو إطار جديد تمامًا لحل بعض المشاكل العالقة في الفيزياء الحديثة.
