Суперсимметрия не подтверждается экспериментами, и физики ищут новые идеи

      Комментарии к записи Суперсимметрия не подтверждается экспериментами, и физики ищут новые идеи отключены

Суперсимметрия не подтверждается экспериментами, и физики ищут новые идеи

В опытах на Громадном адронном коллайдере, 26-километровом круговом тоннеле Лаборатории ЦЕРН в Швейцарии, где сталкиваются протоны громадных энергий, пока не было получено никаких намёков на «новую физику» за пределами Стандартной модели. Михаил Шифман , юный столичный физик в 1982 году, был поражён элегантностью новой теории называющиеся суперсимметрия, пробовавшей включить узнаваемые элементарные частицы в более полный каталог частиц Вселенной.

«Мои работы того времени энтузиазмом»,– говорит Шифман, 63-летний доктор наук в Миннесотском университете. За десятилетия он и тысячи вторых физиков создали догадку суперсимметрии в уверенности, что опыты её подтвердят. «Но природе она не нужна»,– говорит он. – По крайней мере, в несложной изначальной форме.

Потому, что наибольший коллайдер мира не смог найти частиц, каковые должны существовать в соответствии с данной теории, Шифман присоединяется к хору исследователей, призывающему собственных сотрудников поменять курс.

Михаил Шифман

В эссе, размещённом в октябре 2012 года, Шифман призвал сотрудников отбросить путь «разработки притянутых за уши неестественных и эстетически непривлекательных модификаций» суперсимметрии, ведущиеся в целях объяснения того, факта, что более простые предположения теории не обоснованы тестами. Он пишет, что пришло время «затевать думать и разрабатывать новые идеи».

Но материала для работы мало. До тех пор пока что никаких намёков на «новую физику» за пределами Стандартной модели – принятого комплекта уравнений, обрисовывающих узнаваемые элементарные частицы – не появилось ни в опытах на БАК, ни где-либо ещё. (Открытый недавно бозон Хиггса был предсказан Стандартной моделью). Последние тесты по сталкиванию протонов в Киото, Япония, исключили ещё один громадный класс суперсимметричных моделей, и другие теории «новой физики», потому, что не нашли ничего необыкновенного в распадавшихся частицах.

«Само собой разумеется, это разочаровывает,– говорит Шифман. – Мы не всевышние, мы не пророки. В отсутствие намёков на направление перемещения в экспериментальных данных, как возможно додуматься о чём-нибудь, происходящем в природе?».

Более юные физики, изучающие частицы, поднялись перед тяжёлым выбором: направляться путём, проторённым за десятилетия их преподавателями, и изобретать ещё более изощрённые предположения суперсимметрии, либо пойти своим путём, без всякого направления со стороны каких бы то ни было данных.

«Это непростой вопрос, на что большая часть из нас старается пока не отвечать»,– говорит Адам Фальковский, эксперт по физике частиц из Университета Париж-юг XI в Орсе, Франция, трудящийся в ЦЕРН. В блогпосте о японских опробованиях Фальковский шутит, что пора уже искать работу в неврологии.

«Это никак нельзя назвать ободряющим,– говорит Стивен Мартин, эксперт по физике высоких энергий из Университета в Северном Иллинойсе, трудящийся над суперсимметрией, либо коротко, SUSY. – Я уж точно не верю, что SUSY должна быть верной. Я просто не могу придумать ничего лучше».

Суперсимметрия господствовала над физикой частиц десятилетиями, и исключила практически все другие физические теории, выходившие за рамки СМ.

«Не легко переоценить вклад физиков в SUSY за последние 20–30 лет, исходя из этого её провал окажет сильнейшее влияние на отечественную область»,– говорит Питер Войт [Peter Woit], эксперт по физике частиц и математик из Колумбийского университета.

Теория привлекательна по трём обстоятельствам. Она предвещает существование частиц, из которых может состоять «чёрная материя», невидимая субстанция, пронизывающая окраины галактик. Она объединяет три фундаментальных сотрудничества при высоких энергиях.

И, самое громадное преимущество,– она решает тайную физики называющиеся «неприятность калибровочной иерархии».

Тайная связана с несоразмерностью гравитации и не сильный ядерным сотрудничеством, которое в 100 миллионов триллионов триллионов (1032) раз посильнее, и действует на намного меньших масштабах, руководя сотрудничеством в ядра атома. Частицы, переносящие не сильный сотрудничество, W и Z-бозоны, приобретают массу из хиггсовского поля, поля энергии, пропитывающего пространство. Но неясно, из-за чего энергия поля Хиггса, и соответственно массы W и Z-бозонов, такие маленькие.

Потому, что другие частицы связаны с полем Хиггса, их энергии должны влиться в него в момент квантовых флюктуаций. Это должно очень сильно поднять энергию хиггсовского поля, делая W и Z-бозоны более массивными и приводя к тому, что не сильный сотрудничество ослабеет до отметки гравитации.

Суперсимметрия решает проблему иерархии, предполагая наличие суперпартнёра-близнеца для каждой элементарной частицы. В соответствии с теории, у фермионов, из которых состоит материя, имеется суперпартнёры-бозоны, переносящие сотрудничества, а у существующих бозонов имеется суперпартнёры-фермионы. Потому, что типы частиц и их суперпартнёров противоположны, вклады их энергии в хиггсовское поле владеют противоположными символами – один его увеличивает, второй сокращает.

Вклады пар взаимоуничтожаются, и никаких трагедий не происходит. А в качестве бонуса один из неоткрытых суперпартнёров возможно составной частью чёрной материи.

«Суперсимметрия красива, и в физике мы разрешаем эстетике и подобной красоте вести нас в направлении, в котором может пребывать истина»,– говорит Брайан Грин [Brian Greene], физик из Колумбийского университета.

Со временем, потому, что суперпартнёры не появились, суперсимметрия стала менее прекрасной. По популярным моделям, дабы избежать обнаружения, частицам-суперпартнёрам приходиться быть очень сильно тяжелее собственных двойников, и вместо симметрии появляется какое-то кривое зеркало. Физики выдвинули огромное количество идей о том, как симметрия возможно сломана, и породили тысячи предположений суперсимметрии.

Но нарушение суперсимметрии – это новая неприятность.

«Чем тяжелее приходится делать суперпартнёров если сравнивать с существующими частицами, тем хуже трудится обоюдное исключение их действия»,– поясняет Мартин.

Большая часть экспертов по физике частиц в 1980-х думали, что суперпартнёры будут только мало тяжелее известных частиц. Но на Теватроне, ускорителе в Fermilab, сейчас отстранённом от работы, ничего аналогичного не нашли. И в то время, как БАК тестирует всё более высокие энергии, не находя и следа суперсимметричных частиц, кое-какие физики утверждают, что теория мертва. «Пологаю, что БАК был последней соломинкой»,– сообщил Войт.

На данный момент большая часть рабочих предположений суперсимметрии предвещают так тяжёлых суперпартнёров, что они бы пересилили эффекты от своих лёгких близнецов, если бы не совершенно верно настроенные взаимоуничтожения действий между разными суперпартнёрами. Но узкая подстройка, предназначенная для решения проблем проблемы и нейтрализации теории иерархии, не нравится многим. «Это говорит о том, что мы, быть может, должны отойти назад и задуматься о проблемах, для решения которых была придумана SUSY»,– сообщил Шифман.

Кое-какие теоретики ломятся дальше, и утверждают, что, не обращая внимания на красоту изначальной теории, в природе существует некрасивая комбинация частиц-суперпартнёров и капельки подстроек. «Думаю, неточностью будет концентрироваться на популярных предположениях суперсимметрии»,– сообщил Мэтт Страсслер [Matt Strassler], физик в области элементарных частиц из Рутгерского университета. «Конкурсы популярности – это ненадёжный показатель истины».

Адам Фальковский

В менее популярных моделях SUSY, самых лёгких из суперпартнёров именно и ищут на БАК. В иных моделях суперпартнёры не тяжелее существующих частиц, но менее стабильны, почему их тяжелее найти. Эти теории будут и потом проверяться на БАК по окончании апгрейда.

В случае если ничего нового не отыщут – а о таком развитии событий говорят, как о «кошмарном сценарии» – физикам останутся всё те же пробелы, что путали им всю картину Вселенной три десятка лет назад, перед тем, как их бережно закрыла суперсимметрия. И при отсутствии коллайдера более высоких энергий, говорит Фальковский, эта область будет медлительно деградировать.

«Количество рабочих мест в физике частиц будет падать, и физики, специализирующиеся на частицах, будут вымирать естественным образом».

Грин более оптимистичен.

«Наука – это самоподстраивающееся мероприятие,– говорит он. – Неправильные идеи со временем выкорчёвывают, потому, что они неплодотворные, либо потому, что они ведут в тупики. И это происходит в области. А люди работают над тем, что их очаровывает, и наука зигзагами приближается к истине».

Новосибирские ученые начали опытное производство материала будущего — аэрогеля


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: