Zeker wel, het standaardmodel is leuk, maar natuurkundigen laten het daar niet bij. Hier, Leon Lederman (hij van de Nobelprijs voor natuurkunde 1986) spreekt de World Summit on Physics Beyond the Standard Model in 2006 toe. Rodrigo Buendia/AFP/Getty Images

Sneller dan een snelheidskogel! Krachtiger dan een locomotief! In staat om in één keer over hoge gebouwen te springen! Waarom, het is natuurlijk supersymmetrie. (SUSY, als je liever dat het schattiger is, incognito persoonlijkheid.) Van alle superhelden die we in het universum hebben, supersymmetrie is misschien degene die ons zal redden van totale vernietiging. Niet omdat het slechteriken bestrijdt of schurken te slim af is, maar omdat het misschien verklaart hoe de kleinste, meest elementaire delen van de kosmos werken. Ontgrendel het universum, en wie weet waar we ons tegen kunnen verdedigen.

Wie is onze slimme held? Onze gespierde heldin? We zullen, het is meer muisstil Peter Parker dan suave Spider-Man. Het is eigenlijk een principe -- bedacht om de gaten van een ander raamwerk op te vullen -- waarvan natuurkundigen beginnen te vrezen dat het niet half zo sterk is als het lijkt. Supersymmetrie heeft misschien eindelijk zijn gelijke gevonden, en de Large Hadron Collider is de arena waar hij misschien zijn laatste adem uitblaast.

Eerst, een stap terug. Het standaardmodel is wat natuurkundigen tegenwoordig gebruiken om de beginselen van het universum te begrijpen. Het definieert de fundamentele deeltjes, evenals de vier krachten die interageren met de deeltjes om het universum voort te stuwen. Deze deeltjes omvatten quarks en leptonen:U kent misschien protonen en neutronen uit de quarkfamilie, en elektronen en neutrino's als leptonen. De krachten zijn sterk, zwak, elektromagnetisch en zwaartekracht.

Het standaardmodel zegt ook dat elk van die krachten een bijbehorend deeltje (of boson) heeft. Door bosonen met elkaar uit te wisselen, materie kan energie tussen elkaar overbrengen [bron:CERN]. En hier is iets heel handigs:elk deeltje in het standaardmodel is gevonden, inclusief -- niet zo lang geleden -- het Higgs-deeltje. De Higgs vormt een groter Higgs-veld, die massa overbrengt op deeltjes.

Nu is er iets raars. Als het standaardmodel correct is, het betekent dat het Higgs-veld subatomaire deeltjes hun massa geeft. Maar het zegt niet wat de massa is, het verklaart ook niet waarom het Higgs-deeltje licht zou zijn - het zou echt moeten zijn, erg zwaar als de andere standaardmodeldeeltjes ermee interageren zoals voorspeld.

Dit is waar supersymmetrie om de hoek komt kijken. Zoals de mensen van Fermilab ons eraan herinneren, supersymmetrie is een principe, geen theorie, dus dat betekent dat er veel supersymmetrische theorieën zijn die op verschillende punten van elkaar verschillen. Allemaal, Hoewel, bevatten supersymmetrische vergelijkingen die materie en krachten identiek behandelen [bron:Fermilab]. Ja, materie en kracht kunnen worden verwisseld.

Hoe kan die evenwichtsoefening zijn? Supersymmetrie zegt dat elk deeltje beschreven in het standaardmodel een superpartner heeft met een andere massa. Dus elk bekend materiedeeltje (of fermion ) heeft een krachtdeeltje (of boson ) en vice versa. Een elektron is een voorbeeld van een fermion, terwijl een foton een voorbeeld is van een boson. Een van de meest bruikbare eigenschappen van de superpartners zou zijn dat ze de echt, echt grote massa die het standaardmodel voorspelt dat de Higgs zou hebben. Wat geweldig klinkt, want hey -- we hebben de Higgs gevonden, en het was niet zo massaal. Supersymmetrie leeft! Viva la supersymmetrie!

eh, maar misschien wil je daar even op wachten, want hierin ligt een groot probleem met supersymmetrie en de superpartners:we hebben ze niet gezien. Hoewel het geweldig is om de Higgs te vinden bij de massale supersymmetrie die voorspelt, we zouden echt al deze superpartnerdeeltjes moeten zien, te. En na jarenlang de Large Hadron Collider te hebben gebruikt, wij niet.

Ja, Ja, het is een beetje moeilijk te rechtvaardigen om vast te houden aan supersymmetrie. We gaan ervan uit dat al deze superpartners bestaan, omdat het standaardmodel logischer zou zijn als ze dat zouden doen. Het lijkt op slechte wetenschap, Rechtsaf?

We zullen, niet zo snel. Supersymmetrie zou meer dan alleen de Higgs-vraag beantwoorden, en het kunnen oplossen van meerdere problemen met één oplossing is aantrekkelijk voor wetenschappers [bron:Fermilab]. Bijvoorbeeld, natuurkundigen begrepen niet waarom sterrenstelsels zo snel ronddraaien als zij, gezien hun aanzienlijke massa, dus stelden ze een nieuwe kwestie -- donkere materie -- het probleem oplossen. Toen kwamen ze een groter probleem tegen:als donkere materie bestaat, waar is het in hemelsnaam van gemaakt? We hadden het nog nooit gezien, dus we konden niet zeggen waaruit het mysterieuze spul bestaat. Supersymmetrie lost dat probleem op, omdat het lichtste supersymmetrische deeltje volledig zou passen in de rekening van donkere materie.

Nog een zegen die supersymmetrie zou bieden? Dat de drie krachten die we op subatomaire schaal begrijpen (sterk, zwak en elektromagnetisch) kan worden opgevat als onderdeel van één verenigende kracht. Terwijl het standaardmodel zegt dat de krachten gelijk worden bij zeer hoge energieën, supersymmetrie zou voorspellen dat de drie krachten zich verenigen in één enkele energie [bron:Fermilab]. Nutsvoorzieningen, dit is niet nodig om "logisch" te zijn, " maar - zoals we al zeiden - natuurkundigen houden van natuurlijke, elegante oplossingen. Supersymmetrie zou precies het soort oplossing creëren waar natuurkundigen naar hunkeren als het gaat om de kwestie van verenigende krachten.

Nogmaals, we moeten eraan herinnerd worden dat dit allemaal voor niets is als we die superpartners niet vinden. Als we ze niet kunnen vinden, we hebben geen verklaring voor de massa van het Higgs-deeltje, de donkere materie of de eenwording van krachten. Maar we noemen het tijdstip van overlijden op supersymmetrie voordat we het een kans hebben gegeven om te vechten.

Omdat er misschien hoop op komst is, in de vorm van een enorme protonenexplosie. Klopt, onze hoop ligt nog steeds bij de Large Hadron Collider, de deeltjesversneller die verantwoordelijk was voor het vinden van bewijs van het Higgs-deeltje in 2012. Hoewel het vinden van het Higgs ongetwijfeld een groot probleem was voor aanhangers van supersymmetrie - en natuurkundigen in het algemeen - hoopten ze echt op het vinden van een stel deeltjes . Specifieker, een stel van die ongrijpbare superpartners die ons zouden doen begrijpen dat supersymmetrie realistisch is.

Het is niet overdreven om te zeggen dat het vinden van alleen de Higgs (en geen andere superpartners) bij de LHC een beetje een crisis in de natuurkundige wereld heeft veroorzaakt. Ten slotte, om de Higgs-massa logisch te maken, de superpartners hadden op ongeveer dezelfde plek moeten zijn gevonden [bron:Wolchover]. De LHC gaat in 2015 weer aan protonen laten crashen met nog hogere energieën om hopelijk superpartners te vinden bij hogere massa's. Helaas, dat lost het probleem niet helemaal op:zelfs als ze massa-zware superpartners vinden, de zeer handige effecten van supersymmetrie - dat het de superzware massa van de Higgs zou opheffen - zou niet zo goed werken [bron:Wolchover]. Dus we zouden, nogmaals, vast komen te zitten in een sleur van supersymmetrie.

Maar zoals mensen hebben opgemerkt, supersymmetrie is een principe, geen theorie. In sommige supersymmetrische scenario's, de Large Hadron Collider had de superpartners niet kunnen zien, vanwege de beperkingen van de experimenten, en hun onvermogen om minder stabiele deeltjes te detecteren [bron:Wolchover]. Dus terwijl supersymmetrie waarschijnlijk vrij snel hijgend de kamer in moet rennen met een redelijk goed excuus om zo laat te zijn, het is nog geen tijd om de deur te sluiten.

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Wat is supersymmetrie?

Deze MIA-superpartners beginnen sommige natuurkundigen echt de stuipen op het lijf te jagen. Het zou heel erg zijn als we ze nooit zouden zien, omdat de deeltjesfysica dringend toetsbare theorieën nodig heeft. Zonder superpartners -- of tenminste, geen manier om ze in ons universum te verifiëren - we zouden een andere testbare oplossing moeten vinden voor enkele van de gaten in het standaardmodel.

gerelateerde artikelen

• Wat is het Higgs-deeltje precies?
• Wat zien deeltjesfysici als er botsingen plaatsvinden?
• Kan de LHC de snaartheorie bewijzen?
• 5 ontdekkingen gemaakt door de Large Hadron Collider (tot nu toe)
• Heeft de LHC praktische toepassingen gevonden voor het Higgs-deeltje?

bronnen

• Castelvecchi, Davide. "Is Supersymmetrie Dood?" Wetenschappelijke Amerikaan. 1 mei, 2012. (22 juli, 2014) http://www.scientificamerican.com/article/is-supersymmetry-dead/
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Supersymmetrie." 2014. (22 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/supersymmetry
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Het standaardmodel." 2014. (22 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model
• Fermilab, Amerikaanse ministerie van Energie. "Wat is supersymmetrie?" Youtube video. 21 mei, 2013. (22 juli, 2014) https://www.youtube.com/watch?v=0CeLRrBAI60
• Fermilab, Amerikaanse ministerie van Energie. "Waarom Supersymmetrie?" Youtube video. 31 mei 2013. (22 juli, 2014) https://www.youtube.com/watch?v=09VbAe9JZ8Y&feature=youtu.be
• Ghosh, Pallab. "LHC-wetenschappers gaan op zoek naar 'vijfde natuurkracht'." BBC. 10 juli 2014. (22 juli, 2014) http://www.bbc.com/news/science-environment-28218775
• Lincoln, Maffiabaas. "Supersymmetrie:kijken in de spiegel van de natuur." NOVA. 30 juli 2012. (22 juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/07/supersymmetry-looking-in-natures-mirror/
• Lincoln, Maffiabaas. 'Het Higgs-deeltje... of een Higgs-deeltje?' NOVA. 15 maart, 2013. (22 juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/physics/higgs-boson-discovered/
• man, Adam. "Supersymmetrie." Bedrade. 2 juli 2012. (22 juli, 2014) http://www.wired.com/2012/07/supersymmetry-explained/
• Het deeltjesavontuur. "Het standaardmodel." Het Lawrence Berkeley National Laboratory. (22 juli, 2014) http://www.particleadventure.org/standard_model.html
• Wolchover, Natalie. "Als supersymmetrie de test niet doorstaat, natuurkundigen zoeken naar nieuwe ideeën." Quantum Magazine. 20 november, 2012. (22 juli, 2014) http://www.simonsfoundation.org/quanta/20121120-as-supersymmetry-fails-tests-physicists-seek-new-ideas/
• Wolchover, Natalie. "Is de natuur onnatuurlijk?" Quanta Magazine. 24 mei, 2014. (22 juli, 2014) http://www.simonsfoundation.org/quanta/20130524-is-nature-unnatural/