Fizičari iz SAD-a i Južne Koreje opisali su mogući scenarij evolucije svemira nakon Velikog praska, koji se razlikuje od onoga općenito prihvaćenog u znanosti. Prema ovom scenariju, više neće biti moguće otkriti nove elementarne čestice na velikom hadronskom sudaraču (LHC) u CERN-u. Također, alternativni scenarij omogućuje vam rješavanje problema hijerarhije masa. Istraživanje objavljeno na arXiv.org
Teorija se naziva Prirodnost. Određuje se na ljestvici energija reda elektro-slaba interakcije, nakon odvajanja elektromagnetske i slabe interakcije. Bilo je oko deset u minus trideset dvije - deset u minus dvanaest sekundi nakon Velikog praska. Tada je, prema autorima novog koncepta, u Svemiru postojala hipotetička elementarna čestica - rechiton (ili reheaton, od engleskog reheaton), čiji je raspad doveo do formiranja fizike koja se danas promatra.
Kako je svemir postajao hladniji (temperatura materije i zračenja se smanjivala) i ravan (geometrija prostora se približavala euklidskom), Rechiton se raspadao na mnoge druge čestice. Formirali su skupine čestica koje jedva međusobno djeluju, gotovo identične u skupinama vrsta, ali se razlikuju u masi Higgsovog bozona, a samim tim i u vlastitoj masi.
Broj takvih skupina čestica, koje prema znanstvenicima postoje u modernom svemiru, doseže nekoliko tisuća biliona. Fizika koju opisuje Standardni model (SM) i čestice i interakcije opažene u eksperimentima na LHC pripadaju jednoj od tih obitelji. Nova teorija omogućuje napuštanje supersimetrije, koju se još uvijek neuspješno pokušava pronaći, i rješava problem hijerarhije čestica.
Konkretno, ako je masa Higgsovog bozona koja nastaje kao rezultat raspadanja rehitona mala, tada će masa preostalih čestica biti velika i obrnuto. To je ono što rješava problem hijerarhije elektro slabe povezane s velikim jazom između eksperimentalno promatranih masa elementarnih čestica i energetskih ljestvica ranog Svemira. Na primjer, pitanje zašto je elektron s masom od 0,5 megaelektronvolta gotovo 200 puta lakši od muona s istim kvantnim brojevima, nestaje sam od sebe - u Svemiru postoje potpuno isti skupovi čestica u kojima ta razlika nije tako jaka.
Prema novoj teoriji, Higgsov bozon primijećen u eksperimentima na LHC-u je najlakša čestica ovog tipa, koja je nastala kao rezultat raspadanja rehitona. Teži bozoni povezani su s drugim skupinama još neotkrivenih čestica - analogima danas otkrivenih i dobro proučenih leptona (koji ne sudjeluju u jakoj interakciji) i hadrona (koji sudjeluju u jakoj interakciji).
Nima Arkani-Hamed
Promotivni video:
Foto: EP Odjel / CERN
Nova teorija ne poništava, ali ne čini toliko potrebnim uvođenje supersimetrije, koja podrazumijeva udvostručenje (barem) broja poznatih elementarnih čestica zbog prisutnosti super partnera. Na primjer, za foton - fotino, kvark - tikva, Higgs - Higgsino i tako dalje. Okretanje superpartnera trebalo bi se razlikovati za pola cijelog broja od spina izvorne čestice.
Matematički, čestica i superčestica se kombiniraju u jedan sustav (supermultiplet); svi se kvantni parametri i mase čestica i njihovih partnera podudaraju u točno superpersimetriji. Smatra se da je supersimetrija u prirodi razbijena, pa je zato masa superpartnera mnogo veća od mase njihovih čestica. Za otkrivanje supersimetričnih čestica potrebni su snažni akceleratori poput LHC-a.
Ako supersimetrija ili bilo koje nove čestice ili interakcije postoje, onda se, prema autorima nove studije, mogu otkriti na skali od deset teraelektronvolta. To je gotovo na granici mogućnosti LHC-a, a ako je predložena teorija točna, otkriće novih čestica tamo je vrlo malo vjerojatno.
Verzije CM-a
Slika: arXiv.org
Signal blizu 750 gigaelektronvolta, koji bi mogao ukazivati na raspad teške čestice u dva gama fotona, što su izvijestili znanstvenici iz suradnje CMS (Compact Muon Solenoid) i ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) koji su radili u LHC-u u prosincu 2015. i ožujku 2016., prepoznati kao statistička buka. Nakon 2012. godine, kada je postalo poznato o otkriću Higgsovog bozona u CERN-u, nisu otkrivene nove temeljne čestice predviđene ekstenzijama SM-a.
Stoga se očekuje pojava teorija u kojima nestaje potreba za supersimetrijom. "Ima puno teoretičara, uključujući i mene, koji vjeruju da je sada potpuno jedinstveno vrijeme kada rješavamo važna i sistemska pitanja, a ne tiče se detalja bilo koje sljedeće elementarne čestice", rekao je vodeći autor nove studije, fizičar Nima Arkani-Hamed sa Sveučilišta Princeton (SAD).
Njegov optimizam ne dijele svi. Na primjer, fizičar Matt Strassler sa Sveučilišta Harvard vjeruje da se matematičko opravdanje nove teorije mora postići. U međuvremenu, Paddy Fox iz Nacionalnog akceleracijskog laboratorija Enrico Fermi u Bataviji (SAD) vjeruje da se nova teorija može testirati u sljedećih deset godina. Prema njegovom mišljenju, čestice formirane u grupi s bilo kojim teškim Higgsovim bozonom trebali bi ostaviti svoje tragove na relikvijskom zračenju - drevnom mikrovalnom zračenju predviđenom teorijom Velikog praska.
Andrey Borisov