Wetenschappers van Rutgers University-New Brunswick en elders bevinden zich op een kruispunt in hun 50-jarige zoektocht om verder te gaan dan het standaardmodel in de natuurkunde.

Rutgers Today vroeg professoren Sunil Somalwar en Scott Thomas van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de School of Arts and Sciences om mysteries van het universum te bespreken. Somalwars onderzoek richt zich op experimentele elementaire deeltjesfysica, of hoge-energiefysica, waarbij deeltjes tegen elkaar worden geslagen bij grote deeltjesversnellers zoals die bij CERN in Zwitserland. Thomas' onderzoek richt zich op de theoretische deeltjesfysica.

het duo, die meewerken aan experimenten, en andere natuurkundigen van Rutgers - waaronder Yuri Gershtein - hebben bijgedragen aan de historische ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012, een subatomair deeltje dat verantwoordelijk is voor de structuur van alle materie en een belangrijk onderdeel van het standaardmodel.

Rutgers Today:Wat is het standaardmodel?

Thomas:Het is een theorie die ongeveer 50 jaar geleden is begonnen. Het zou "de meest fantastisch succesvolle theorie van alles ooit" moeten worden genoemd, omdat het een triomf is van het menselijk intellect. Het verklaart, in een theoretische structuur en in groot kwantitatief detail, elk experiment dat ooit in het laboratorium is gedaan. En tot nu toe is geen enkel experiment in strijd met deze theorie. Het sluitstuk van het standaardmodel was experimenteel de ontdekking van het Higgs-deeltje. Het voorspelde het bestaan ​​en de interacties van veel verschillende deeltjes, die zijn allemaal gevonden. Het probleem is dat als theoretici, we zijn het slachtoffer van ons eigen succes. Het Standaardmodel is zo succesvol dat de theorie geen antwoorden geeft op enkele van de vragen die we nog hebben. Het Higgs-deeltje beantwoordde veel vragen, maar we krijgen niet direct aanwijzingen uit deze theoretische structuur hoe de resterende vragen kunnen worden beantwoord, dus we staan ​​op een kruispunt in deze 50-jarige zoektocht. We hebben wat hints nodig van experimenten en dan, Hopelijk, de hints zullen voldoende zijn om ons de volgende theoretische structuur te vertellen die ten grondslag ligt aan het standaardmodel.

Rutgers Today:Welke vragen blijven er over?

Somaliwar:Het standaardmodel zegt dat materie en antimaterie bijna gelijk moeten zijn. Maar na de oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden, materie bedroeg een deel op 10 miljard en antimaterie daalde tot vrijwel nul. Een groot mysterie is wat er met alle antimaterie is gebeurd. En waarom zijn neutrino's (ook subatomaire deeltjes) zo licht? Bestaat het Higgs-deeltje alleen of is er een Higgs-dierentuin? Er zijn goede redenen dat het Higgs-deeltje onmogelijk alleen kan zijn. Er moet meer in de foto zitten.

Rutgers Today:Waar focus je op?

Somalwar:Ik ben op zoek naar bewijs van zware deeltjes die mogelijk een picoseconde na de oerknal hebben bestaan. Deze deeltjes bestaan ​​niet meer omdat ze degenereren. Ze zijn erg instabiel. Ze zouden kunnen verklaren waarom neutrino's zo licht zijn en waarom vrijwel alle antimaterie is verdwenen, maar niet alle materie. Wat we doen, wordt grenswetenschap genoemd - het is de voorhoede van de natuurkunde:de kleinste afstanden en de hoogste energieën. Als je eenmaal bij de grens bent, je beslaat een groot deel van het gebied en begint met prospectie. Maar op een gegeven moment, dingen worden uitgegraven en je hebt een nieuwe grens nodig. We zijn hier net begonnen met zoeken. We hebben niet genoeg mijngebieden en misschien liggen er wat edelstenen en over een jaar of twee zullen er meer komen. Dus, het is nu een erg opwindende tijd, want het is alsof we in de goudkoorts zijn beland.

Thomas:Ik probeer de fysica te begrijpen die ten grondslag ligt aan de Higgs-sector van de standaardmodeltheorie, die ten minste één deeltje moet bevatten - het Higgs-deeltje. Deze sector is erg belangrijk omdat het de grootte van atomen en de massa van elementaire deeltjes bepaalt. De fysica die aan de Higgs-sector ten grondslag ligt, vormt een wegversperring om de fysica op een meer fundamentele schaal te begrijpen. Zijn er andere soorten Higgs-deeltjes? Wat zijn hun interacties en welke eigenschappen hebben ze? Dat zou ons aanwijzingen geven en dan zouden we misschien een theorie kunnen reconstrueren van wat ten grondslag ligt aan het standaardmodel. De echte motivatie is om te begrijpen hoe het universum werkt op het meest fundamentele niveau. Dat is wat ons allemaal drijft.