3 miesiące temu

LHC nie potwierdza teorii supersymetrii

Ulubiona teoria fizyków może okazać się nieprawdziwa.

cms_mjj_5tev-640x437

Przez dziesięciolecia wielu fizyków poświęciło swoje kariery dla prób udowodnienia pięknej Teorii supersymetrii (SUSY). Z czasem zaczyna wydawać się, że teoria przewidująca występowanie dla każdej cząsteczki jej symetrycznego bliźniaka, istnieje jedynie na papierze.

Nowe dane z najpotężniejszego na świecie akcelerator cząstek – LHC w Genewie, pracującego obecnie przy wyższych energiach niż kiedykolwiek wcześniej, nie wykazują żadnych śladów super partnerów. Wyniki nie dyskwalifikują jeszcze całkowicie teorii, jednak jeśli nowe cząsteczki faktycznie istnieją muszą być o wiele cięższe niż naukowcy przewidują.

„W tym momencie natura mówi nam, że jeśli supersymetria jest właściwą teorią, to nie wygląda ona dokładnie tak, jak myślimy” komentuje Yonit Hochberg z Cornell University.

Od czerwca 2015 roku LHC zaczął zderzać protony przy wyższych energiach niż kiedykolwiek przedtem: 13 bilionów elektronowoltów. Fizycy chcieli zobaczyć, czy nowe cząstki objawia się na takim poziomie energii. Ale wyniki przytłaczająco potwierdzają na razie model standardowy, opisujący znane do tej pory cząstki i ich interakcje.

To triumf modelu standardowego, ale rozczarowanie dla fizyków, którzy mają nadzieję, na odsłonięcie jakiś pęknięcia w teorii.

„Przez wiele lat nie dysponowaliśmy wystarczającymi danymi, w tym czasie fizycy teoretyczni zaproponowali wiele ciekawych rozwiązań. Teraz te pomysły okazują się być nieprawidłowe” skomentował Matthew Buckley z Rutgers University.

Fizycy wiedzą, że standardowy model musi mieć jakieś braki. Nie wyjaśnia bowiem, dlaczego wszechświat zawiera więcej materii niż antymaterii, nie wskazuje również pochodzenia ciemnej materii i ciemnej energii, które stanowią 95 procent materii i energii w kosmosie.

Wśród wielu teorii, które próbują rozwiązać nieszczęsne problemy modelu standardowego supersymetria jest najbardziej znaną.

„Supersymetria była dominującym paradygmatem w ciągu ostatnich 30 lat, ponieważ jest tak piękna i doskonała” mówi fizyk teoretyczny Nathaniel Craig z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara.

Ale supersymetria staje się coraz mniej atrakcyjna w miarę jak LHC przeprowadza coraz więcej kolizji bez oznak istnienia super partnerów.

Teoria SUSY rozwiązuje trzy główne problemy w fizyce: wyjaśnia, dlaczego bozon Higgsa jest tak lekki; dostarcza teoretyczną cząstkę, która służy jako ciemna materia i zakłada, że trzy siły standardowego modelu (elektromagnetyzm oraz słabe i silne siły atomowe) łączą się w jedną przy wysokich energiach.

Jeśli prosta wersja supersymetrii jest poprawna, LHC powinien już dawno wykryć super partnerów.

W miarę jak kolejne eksperymenty wykluczają takie cząstki, przy stale zwiększanych energiach zderzeń, hipoteza wymaga coraz bardziej zawiłych odchyleń teoretycznych, pozbawiając pomysł elegancji i prostoty, które pierwotnie przyciągały naukowców.

Mimo to wciąż istnieje grono fizyków, którzy nie zniechęcają się negatywnymi wynikami, cierpliwie czekając na przełom. Jak zauważa Carlos Wagner z Argonne National Laboratory:

„LHC dostarczył nam narazie około jednego procenta danych, które będzie zbierać w całym okresie swojego funkcjonowania. Nadzieje żeby szybko znaleźć nowe zjawiska były zbyt optymistyczne”.

Ale inni naukowcy przyznają, że spodziewali się nowych odkryć już teraz.

„Fakt, że nie zaobserwowaliśmy niczego jest dość zaskakujące dla społeczności naukowej” powiedział Guy Wilkinson, rzecznik eksperymentu LHC.

Brak nowych cząstek skłania fizyków teoretycznych do rozważenia nowego wyjaśnienia masy bozonu Higgsa.

Jedna z nich, teoria relaksacji – mówi o tym, że bozon może zmieniać swoją masę – relaksować się – w miarę jak kosmos ewoluuje. Innym pomysłem jest teoria „neutralnej naturalności”. Podobnie jak supersymetria idea zakłada symetrię natury, która rozwiązują problem masy Higgsa, ale nie przewiduje nowych cząstek, które powinny zostać zaobserwowane w LHC.

Szczególnie kontrowersyjna jest zaś hipoteza wieloświatów. Według niej mogą istnieć niezliczone inne wszechświaty, w których masa Higgsa jest za każdym razem inna. Możemy żyć we wszechświecie z małymi bozonami, ponieważ jest to jedyny rodzaj wszechświata, w którym istnieje życie.