การสลายตัวของฮิกส์โบซอนในการชนนี้บันทึกโดยเครื่องตรวจจับ ATLAS เมื่อวันที่ 18 พฤษภาคม 2012
(ภาพ: © ATLAS)
Paul M. Sutter เป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ SUNY Stony Brook และสถาบัน Flatiron Institute ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียน "สถานที่ของคุณในจักรวาล"ซัทเทอร์สนับสนุนบทความนี้เพื่อ เสียงผู้เชี่ยวชาญของ Space.com: Op-Ed & Insights.
ความสมมาตรในพลังธรรมชาติความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับจักรวาลตั้งแต่ความเป็นสากลของแรงโน้มถ่วงไปจนถึงการรวมกันของ พลังแห่งธรรมชาติ ที่พลังงานสูง
ในปี 1970 นักฟิสิกส์ได้ค้นพบความสมมาตรที่อาจรวมตัวกันของอนุภาคทุกชนิดในจักรวาลของเราตั้งแต่อิเล็กตรอนไปจนถึงโฟตอนและทุกสิ่งที่อยู่ระหว่างกัน การเชื่อมต่อนี้เรียกว่า supersymmetryอาศัยคุณสมบัติควอนตัมที่แปลกประหลาดของการหมุนและอาจถือกุญแจไขความเข้าใจใหม่ของฟิสิกส์
ความสมมาตรเป็นพลัง
เป็นเวลาหลายศตวรรษที่ความสมมาตรทำให้นักฟิสิกส์สามารถค้นพบการเชื่อมต่อและความสัมพันธ์พื้นฐานทั่วทั้งจักรวาล เมื่อไหร่ ไอแซกนิวตัน คลิกครั้งแรกกับแนวคิดที่ว่าแรงโน้มถ่วงที่ดึงแอปเปิ้ลจากต้นไม้เป็นแรงเดียวกันที่ทำให้ดวงจันทร์อยู่ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เขาค้นพบสมมาตร: กฎแรงโน้มถ่วงเป็นสากลอย่างแท้จริง ความเข้าใจนี้ทำให้เขาสามารถก้าวกระโดดอย่างมากในการทำความเข้าใจว่าธรรมชาติทำงานอย่างไร
ตลอดศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ทั่วโลกต่างประหลาดใจกับคุณสมบัติที่แปลกประหลาดของไฟฟ้าแม่เหล็กและการแผ่รังสี อะไรทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟ แม่เหล็กหมุนได้อย่างไรจะผลักกระแสเดียวกันรอบ ๆ ? แสงเป็นคลื่นหรือเป็นอนุภาคหรือไม่? ทศวรรษของการไตร่ตรองที่ยากลำบากเกิดขึ้นในการพัฒนาทางคณิตศาสตร์ที่สะอาดโดย James Clerk Maxwell ผู้รวมการสอบถามที่แตกต่างกันทั้งหมดเหล่านี้ไว้ด้วยกันภายใต้สมการง่ายๆเพียงชุดเดียว: แม่เหล็กไฟฟ้า.
Albert Einstein ทำเครื่องหมายของเขาเช่นกันโดยรับข้อมูลเชิงลึกของนิวตันหนึ่งก้าวต่อไป โดยคำนึงถึงกฎทางกายภาพทั้งหมดว่าควรจะเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งหรือความเร็วของคุณเขาเปิดเผย สัมพัทธภาพพิเศษ; ความคิดของเวลาและสถานที่จะต้องมีการเขียนใหม่เพื่อรักษาความสมมาตรของธรรมชาตินี้ และการเพิ่มแรงโน้มถ่วงให้กับส่วนผสมนั้นทำให้เขา ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปความเข้าใจสมัยใหม่ของเราเกี่ยวกับพลังนั้น
แม้แต่กฎหมายการอนุรักษ์ของเรา - การอนุรักษ์พลังงานการอนุรักษ์โมเมนตัมและอื่น ๆ - ขึ้นอยู่กับความสมมาตร ความจริงที่ว่าคุณสามารถเรียกใช้การทดลองทุกวันและได้รับผลลัพธ์เดียวกันเผยให้เห็นถึงความสมมาตรตลอดเวลาซึ่งผ่านอัจฉริยะทางคณิตศาสตร์ของ Emmy Noether นำไปสู่กฎของการสนทนาของพลังงาน และถ้าคุณเลือกการทดสอบของคุณและย้ายมันไปทั่วทั้งห้องและยังได้ผลลัพธ์เดียวกันคุณก็จะค้นพบความสมมาตรผ่านอวกาศและการอนุรักษ์โมเมนตัมที่สอดคล้องกัน
กระจกหมุน
ในโลกที่มีขนาดใหญ่เพียงแค่ผลรวมทั้งหมดที่เราพบในธรรมชาติ แต่โลก Subatomic เป็นเรื่องที่แตกต่าง อนุภาคพื้นฐานของ จักรวาลของเรา มีคุณสมบัติที่น่าสนใจที่เรียกว่า "สปิน" มันถูกค้นพบครั้งแรกในการทดลองที่ยิงอะตอมผ่านสนามแม่เหล็กที่หลากหลายทำให้เส้นทางของพวกมันเบี่ยงเบนไปในลักษณะเดียวกันกับที่ลูกโลหะหมุนด้วยไฟฟ้า
แต่อนุภาคในระดับอะตอมไม่หมุนลูกบอลโลหะที่มีประจุไฟฟ้า พวกเขาทำตัวเหมือนพวกเขาในการทดลองบางอย่าง และแตกต่างจาก analogs โลกปกติของพวกเขาอนุภาค subatomic ไม่สามารถมีจำนวนการหมุนใด ๆ ที่พวกเขาต้องการ แต่อนุภาคแต่ละชนิดจะมีจำนวนของสปินที่เป็นเอกลักษณ์
ด้วยเหตุผลทางคณิตศาสตร์ที่คลุมเครืออนุภาคบางอย่างเช่นอิเล็กตรอนจะมีการหมุนเป็น½ในขณะที่อนุภาคอื่น ๆ เช่นโฟตอนจะหมุนเป็น 1 ถ้าคุณสงสัยว่าโฟตอนจะทำตัวเหมือนลูกบอลโลหะที่มีประจุหมุนได้อย่างไร อย่าเหงื่อมากเกินไป คุณมีอิสระที่จะคิดว่า "สปิน" เป็นอีกคุณสมบัติหนึ่งของอนุภาคอนุภาคย่อยที่เราต้องติดตามเช่นมวลและประจุ และอนุภาคบางตัวมีคุณสมบัตินี้มากขึ้นและบางส่วนก็มีน้อย
โดยทั่วไปมี "ครอบครัว" ของอนุภาคสองอันยิ่งใหญ่: ผู้ที่มีครึ่งจำนวนเต็ม (1/2, 3/2, 5/2 ฯลฯ ) หมุนและผู้ที่มีทั้งจำนวนเต็ม (0, 1, 2, ฯลฯ .) สปิน คนครึ่งถูกเรียกว่า "เฟอร์มิออน" และถูกสร้างขึ้นจากหน่วยการสร้างของโลกของเรา: อิเล็กตรอนควาร์กนิวตริโนและอื่น ๆ wholsies เรียกว่า "bosons" และเป็นพาหะของพลังแห่งธรรมชาติ: โฟตอนกลูออนและส่วนที่เหลือ
เมื่อมองแวบแรกอนุภาคสองตระกูลนี้จะไม่แตกต่างกัน
ซิมโฟนีแห่ง sparticles
ในปี 1970 นักทฤษฎีสตริง เริ่มที่จะมองช่วงที่สมบัติของการหมุนนี้และเริ่มสงสัยว่าอาจมีความสมมาตรของธรรมชาติที่นั่น ความคิดนั้นขยายออกไปอย่างรวดเร็วนอกชุมชนสตริงและกลายเป็นพื้นที่ของการวิจัยเกี่ยวกับฟิสิกส์ของอนุภาค หากเป็นจริง "ความสมมาตร" นี้จะรวมตัวกันของทั้งสองดูเหมือนว่าแตกต่างจากครอบครัวของอนุภาค แต่สิ่งที่เกินความสมมาตรนี้จะเป็นอย่างไร
สรุปสาระสำคัญพื้นฐานคือใน supersymmetry ทุก fermion จะมี "อนุภาค superpartner" (หรือ "sparticle" ในระยะสั้น - และชื่อจะยิ่งแย่ลง) ในโลกโบซอนและในทางกลับกันด้วยมวลที่แน่นอน และชาร์จ แต่หมุนต่างกัน
แต่ถ้าเราไปตามหา sparticles เราไม่พบอะไรเลย ตัวอย่างเช่นสปาร์ติเคิลของอิเล็กตรอน ("selectron") ควรมีมวลและประจุเหมือนกับอิเล็กตรอน แต่หมุนเป็น 1
อนุภาคนั้นไม่มีอยู่จริง
ดังนั้นสมมาตรนี้จะต้องถูกทำลายในจักรวาลของเราขับมวลของ sparticles นอกขอบเขตของ colliders อนุภาคของเรา มีหลายวิธีในการบรรลุถึงความสมมาตรทุกการทำนายมวลชนที่แตกต่างกันสำหรับ selectrons, quark หยุด, sneutrinos และทุกคนอื่น ๆ
จนถึงปัจจุบันยังไม่พบหลักฐานสำหรับความเกินมาตรฐานและการทดลองที่ Large Hadron Collider ได้ตัดโมเดล supersymmetric ที่ง่ายที่สุดออกไปแล้ว ในขณะที่มันไม่ได้เป็นตอกตะปูสุดท้ายในโลงศพนักทฤษฎีกำลังเกาหัวของพวกเขาโดยสงสัยว่าซุปเปอร์เมอร์ไซด์ไม่ได้พบตามธรรมชาติจริง ๆ หรือไม่และสิ่งที่เราควรคิดต่อไปถ้าเราไม่พบอะไรเลย
- The Universe: Big Bang ก้าวสู่ 10 ขั้นตอนง่ายๆ
- นักทฤษฎี 'Supergravity' ได้รับรางวัล 3 รางวัล $ Breakthrough Prize
- อนุภาคลึกลับพ่นออกมาจากแอนตาร์กติกาท้าฟิสิกส์
เรียนรู้เพิ่มเติมโดยการฟังตอน "ทฤษฎีสตริงมีค่าหรือไม่ (ตอนที่ 4: สิ่งที่เราต้องการคือซูเปอร์ฮีโร่)" ในพอดคาสต์ Ask A Spaceman มีให้ที่ iTunesและบนเว็บที่ http://www.askaspaceman.com. ขอบคุณ John C. , Zachary H. , @edit_room, Matthew Y. , Christopher L. , Krizna W. , Sayan P. , Neha S. , Zachary H. , Joyce S. , Mauricio M. , @ shrenicshah, Panos T ., Dhruv R. , Maria A. , Ter B. , oiSnowy, Evan T. , Dan M. , Jon T. , @twblanchard, Aurie, Christopher M. , @unplugged_wire, Giacomo S. , Gully F. สำหรับคำถามที่นำไปสู่งานชิ้นนี้! ถามคำถามของคุณใน Twitter โดยใช้ #AskASpaceman หรือทำตามพอล @PaulMattSutter และ facebook.com/PaulMattSutter. ติดตามเราบน Twitter @Spacedotcom หรือ Facebook.
