Fysiker från USA och Sydkorea beskrev ett möjligt scenario för universums utveckling efter Big Bang, som skiljer sig från det som allmänt accepteras av vetenskapen. Enligt detta scenario kommer det inte längre att vara möjligt att detektera nya elementära partiklar vid Large Hadron Collider (LHC) vid CERN. Med ett alternativt scenario kan du också lösa problemet med massahierarkin. Forskning publicerad på arXiv.org
Teorin kallas naturlighet. Det bestäms på skalan av energier i storleksordningen för elektrovågsinteraktionen, efter separationen av de elektromagnetiska och svaga interaktionerna. Detta var ungefär tio på minus trettiotvå - tio på minus tolv sekunder efter Big Bang. Sedan, enligt författarna till det nya konceptet, fanns en hypotetisk elementär partikel i universum - rechiton (eller repetition, från den engelska repetitionen), vars upplösning ledde till bildandet av fysiken som observerades idag.
När universum blev kallare (temperaturen på materien och strålningen minskade) och platt (rymdens geometri närmade sig Euklidean) sönderdelades Rechiton i många andra partiklar. De bildade grupper av partiklar som nästan inte interagerar med varandra, nästan identiska i arter som är uppsatta, men som skiljer sig i Higgs-bosonens massa, och därför i sina egna massor.
Antalet sådana grupper av partiklar, som enligt forskare finns i det moderna universum, når flera tusen biljoner. Fysiken som beskrivs av standardmodellen (SM) och partiklarna och interaktioner som observerats i experiment vid LHC tillhör en av dessa familjer. Den nya teorin gör att man kan överge supersymmetri, som fortfarande försöker hitta framgångsrikt, och löser problemet med partiklarnas hierarki.
I synnerhet, om massan hos Higgs-boson som bildas som ett resultat av rechiton-sönderfallet är liten, kommer massan för de återstående partiklarna att vara stor, och vice versa. Det här är vad som löser problemet med den electroweak-hierarkin som är förknippad med den stora klyftan mellan de experimentellt observerade massorna av elementära partiklar och energivågen i det tidiga universum. Frågan om varför en elektron med en massa på 0,5 megaelektronvolt är nästan 200 gånger lättare än en muon med samma kvantantal försvinner av sig själv - i universum finns exakt samma uppsättning partiklar där denna skillnad inte är så stark.
Enligt den nya teorin är Higgs-bosonen som observerades i experiment vid LHC den lättaste partikeln av denna typ, bildad som ett resultat av förfallet av en rechiton. Tyngre bosoner är associerade med andra grupper av ännu inte upptäckta partiklar - analoger av idag upptäckta och väl studerade leptoner (som inte deltar i den starka interaktionen) och hadroner (som deltar i den starka interaktionen).
Nima Arkani-Hamed
Kampanjvideo:
Foto: EP Departement / CERN
Den nya teorin avbryter inte, men gör det inte så nödvändigt att införa supersymmetri, vilket innebär fördubbling (åtminstone) antalet kända elementära partiklar på grund av närvaron av superpartners. Till exempel för en foton - en fotino, en kvark - en squark, en Higgs - en Higgsino, och så vidare. Superparternas snurra bör skilja sig med ett halvt heltal från den ursprungliga partikelns snurr.
Matematiskt kombineras en partikel och en superpartikel till ett system (supermultiplet); alla kvantparametrar och massor av partiklar och deras partners sammanfaller i exakt supersymmetri. Det tros att supersymmetri är trasig i naturen, och därför är massan av superpartners mycket större än massan för deras partiklar. För att detektera supersymmetriska partiklar behövdes kraftfulla acceleratorer som LHC.
Om supersymmetri eller några nya partiklar eller interaktioner existerar, kan de enligt författarna till den nya studien upptäckas i en skala av tio teraelektronvoltar. Detta är nästan vid gränsen för LHC: s kapacitet, och om den föreslagna teorin är korrekt är upptäckten av nya partiklar där extremt osannolik.
CM-versioner
Bild: arXiv.org
En signal nära 750 gigaelektronvoltar, som kan indikera förfallet av en tung partikel till två gammafotoner, som rapporterats av forskare från CMS (Compact Muon Solenoid) och ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) samarbeten som arbetade vid LHC i december 2015 och mars 2016, erkänd som statistiskt brus. Efter 2012, när det blev känt om upptäckten av Higgs boson vid CERN, har inga nya grundläggande partiklar som förutses av SM-förlängningarna avslöjats.
Därför förväntas uppkomsten av teorier där behovet av supersymmetri försvinner. "Det finns många teoretiker, inklusive mig själv, som tror att det nu är en helt unik tid när vi löser viktiga och systemiska problem och inte om detaljerna i någon nästa elementär partikel," säger huvudförfattaren till den nya studien, fysikern Nima Arkani-Hamed från Princeton University (USA).
Hans optimism delas inte av alla. Till exempel anser fysiker Matt Strassler från Harvard University att den matematiska motiveringen av den nya teorin måste förespråkas. Samtidigt tror Paddy Fox från Enrico Fermi National Accelerator Laboratory i Batavia (USA) att den nya teorin kan testas under de kommande tio åren. Enligt hans åsikt borde partiklar som bildas i en grupp med någon tung Higgs-boson lämna sina spår på relikstrålningen - den antika mikrovågsstrålningen som förutses av Big Bang-teorin.
Andrey Borisov