Süpersimetri nedir?

Bir mermiden daha hızlı! Bir lokomotiften daha güçlü! Tek bir sıçrayışta yüksek binaları atlayabilir! Neden, süpersimetri tabii ki. (SUSY, eğer daha sevimli, gizli kişiliğini tercih ederseniz.) Evrendeki tüm süper kahramanlar arasında, süpersimetri bizi tamamen yok olmaktan kurtaracak şey olabilir. Kötü adamlarla savaştığı veya kötüleri alt ettiği için değil, kozmosun en küçük, en temel parçalarının nasıl çalıştığını açıklayabileceği için. Evrenin kilidini açın ve kendimizi neye karşı savunabileceğimizi kim bilebilir?

Akıllı kahramanımız kim? Kaslı kahramanımız mı? Bu tatlı Örümcek Adam'dan daha çok fare Peter Parker. Aslında bu bir prensip - başka bir çerçevenin boşluklarını doldurmak için tasarlandı - fizikçilerin korkmaya başladığı, göründüğünün yarısı kadar güçlü değil. Süpersimetri nihayet eşleşmesiyle karşılaşmış olabilir ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı son nefesini alabileceği arenadır.

Önce bir adım geri. Standart Model, bugün fizikçilerin evrenin temellerini anlamak için kullandıkları şeydir. Temel parçacıkları ve evrenin ilerlemesini sağlamak için parçacıklarla etkileşime giren dört kuvveti tanımlar. Bu parçacıklar kuarkları ve leptonları içerir: Kuark ailesinden proton ve nötronlara ve lepton olarak elektron ve nötrinolara aşina olabilirsiniz. Kuvvetler güçlü, zayıf, elektromanyetik ve yerçekimseldir.

Standart Model ayrıca, bu kuvvetlerin her birinin karşılık gelen bir parçacığa (veya bozona) sahip olduğunu söyler. Madde, bozonları birbirleriyle değiş tokuş ederek birbirleri arasında enerji aktarabilir [kaynak: CERN ]. Ve işte gerçekten uygun bir şey: Çok uzun zaman önce Higgs bozonu da dahil olmak üzere Standart Modeldeki her parçacık bulundu . Higgs, kütleyi parçacıklara aktaran daha büyük bir Higgs alanı oluşturur.

Şimdi tuhaf bir şey var. Standart Model doğruysa, bu Higgs alanının atom altı parçacıklara kütlelerini verdiği anlamına gelir. Ancak kütlelerin ne olduğunu söylemiyor ve Higgs bozonunun neden hafif olacağını da açıklamıyor - eğer diğer Standart Model parçacıkları tahmin edildiği gibi etkileşime giriyorsa, gerçekten çok ağır olmalı.

Süpersimetrinin devreye girdiği yer burasıdır. Fermilab'daki insanların bize hatırlattığı gibi, süpersimetri bir teori değil, bir prensiptir, yani çeşitli noktalarda farklılık gösteren birçok süpersimetrik teori olduğu anlamına gelir. Yine de hepsi, maddeyi ve kuvvetleri aynı şekilde ele alan süpersimetrik denklemlere sahiptir [kaynak: Fermilab ]. Evet, madde ve kuvvet değiştirilebilir.

Bu dengeleme hareketi nasıl olabilir? Süpersimetri, Standart Modelde tanımlanan her parçacığın farklı kütleli bir süper partiye sahip olduğunu söyler. Yani bilinen her madde parçacığının (veya fermiyonunun ) bir kuvvet parçacığı (veya bozonu ) vardır ve bunun tersi de geçerlidir. Bir elektron, bir fermiyon örneğidir, bir foton ise bir bozona örnektir. Süper ortakların en kullanışlı özelliklerinden biri, Standart Modelin Higgs'in sahip olacağını tahmin ettiği gerçekten çok büyük kütleyi gerçekten ortadan kaldıracak olmalarıdır. Kulağa müthiş geliyor, çünkü hey - Higgs'i bulduk ve o kadar da büyük değildi. Süpersimetri yaşıyor! Yaşasın süper simetri!

Uh, ama bunu beklemek isteyebilirsiniz çünkü burada süper simetri ve süper partnerlerle ilgili büyük bir problem yatıyor: Onları görmedik. Higgs'i kütle süpersimetrisinin öngördüğü yerde bulmak harika olsa da, tüm bu süper ortak parçacıkları da görmemiz gerekiyor. Ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısını yıllarca çalıştırdıktan sonra, biz yapmadık.

Evet, evet, süpersimetriye bağlı kalmayı haklı çıkarmak biraz zor. Tüm bu süper ortakların, Standart Modelin varsa daha mantıklı olacağı için var olduğunu varsayıyoruz. Kötü bilim gibi görünüyor, değil mi?

O kadar hızlı değil. Süpersimetri, Higgs sorusundan daha fazlasını yanıtlayacaktır ve birden fazla sorunu tek bir çözümle çözebilmek bilim adamlarına [kaynak: Fermilab ] çekici gelmektedir . Örneğin, fizikçiler, önemli kütleleri göz önüne alındığında, galaksilerin neden bu kadar hızlı döndüklerini anlamadılar, bu yüzden sorunu çözmek için yeni bir madde ( karanlık madde) koydular . Sonra daha büyük bir sorunla karşılaştılar: Eğer karanlık madde varsa, bu dünyada neyden yapılmıştır? Onu hiç görmemiştik, bu yüzden gizemli şeyleri neyin oluşturduğunu söyleyemedik. Süpersimetri bu sorunu çözer, çünkü en hafif süpersimetrik parçacık karanlık madde faturasına tamamen uyacaktır.

Süpersimetrinin sağlayacağı başka bir nimet? Atom altı ölçekte anladığımız üç kuvvetin (güçlü, zayıf ve elektromanyetik) tek bir birleştirici gücün parçası olarak anlaşılabileceği. Standart Model, kuvvetlerin çok yüksek enerjilerde benzer hale geldiğini söylerken, süpersimetri, üç kuvvetin tek bir enerjide [kaynak: Fermilab ] birleşeceğini öngörür . Şimdi, bu "mantıklı" olmak için gerekli değil, ama - dediğimiz gibi - fizikçiler doğal, zarif çözümleri severler. Süpersimetri, fizikçilerin güçleri birleştirmek sorusuna geldiğinde arzuladığı türden bir çözüm yaratacaktır.

Yine, bu süper ortakları bulamazsak tüm bunların boşuna olduğunu hatırlatmalıyız. Onları bulamazsak, Higgs bozonu kütlesi, karanlık madde veya güçlerin birleşmesi için herhangi bir açıklamamız yok. Ama ona savaşma şansı vermeden önce süpersimetri üzerinde ölüm zamanına diyoruz.

Çünkü büyük bir proton patlaması şeklinde umut yolda olabilir. Doğru, umutlarımız hala 2012'de Higgs bozonunun kanıtlarını bulmaktan sorumlu parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yatıyor. gerçekten umdukları şey bir grup parçacık bulmaktı. Daha spesifik olarak, süper simetrinin gerçekçi olduğunu anlamamıza yol açacak bir grup süper ortak.

LHC'de sadece Higgs'i (ve diğer süper ortakları değil) bulmanın fizik dünyasında biraz kriz yarattığını söylemek abartmıyor. Sonuçta, Higgs kütlesinin anlamlı olması için, süper ortakların aşağı yukarı aynı noktada [kaynak: Wolchover ] bulunması gerekirdi . LHC, 2015 yılında tekrar açılacak ve protonları daha yüksek enerjilerde çarparak daha yüksek kütlelerde süper partnerler bulmayı umuyor. Ne yazık ki, bu sorunu tam olarak çözmüyor: Çok ağır süper ortaklar bulsalar bile, süper-simetrinin Higgs'in süper ağır kütlesini ortadan kaldıracak çok kullanışlı etkileri pek işe yaramaz. [kaynak: Wolchover ]. Yani yine bir süper simetri rutinine sıkışıp kaldık.

Ancak insanların da belirttiği gibi, süpersimetri bir teori değil, bir prensiptir. Bazı süpersimetrik senaryolarda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, deneylerin sınırlamaları ve daha az kararlı parçacıkları [kaynak: Wolchover ] tespit edememeleri nedeniyle süper ortakları tespit edemezdi . Dolayısıyla, süpersimetri muhtemelen odaya oldukça hızlı bir şekilde girmeye ihtiyaç duysa da, bu kadar geç kalmak için oldukça iyi bir bahane ile, henüz kapıyı kapatmanın zamanı değil.

Yazarın Notu: Süpersimetri nedir?

Bu MIA süper ortakları, bazı fizikçileri gerçekten korkutmaya başlıyor. Onları hiç görmemiş olsaydık gerçekten çok önemli olurdu çünkü parçacık fiziğinin çaresizce test edilebilir teorilere ihtiyacı var. Süper ortaklar olmadan - ya da en azından evrenimizde onları doğrulamanın bir yolu yok - bazı Standart Model delikleri için başka test edilebilir çözümler bulmamız gerekecekti.

İlgili Makaleler