Fizicienii din SUA și Coreea de Sud au descris un posibil scenariu pentru evoluția Universului după Big Bang, care diferă de cel acceptat în general de știință. Conform acestui scenariu, nu va mai fi posibilă detectarea de noi particule elementare la Colibrul de Hadroni (LHC) de la CERN. De asemenea, un scenariu alternativ vă permite să rezolvați problema ierarhiei maselor. Cercetări publicate pe arXiv.org
Teoria se numește Nnaturalitate. Este determinat pe scara energiilor de ordinul interacțiunii electroweak, după separarea interacțiunilor electromagnetice și slabe. Aceasta a fost aproximativ zece la minus treizeci și doi - zece la minus douăsprezece secunde după Big Bang. Apoi, potrivit autorilor noului concept, în Univers a existat o particulă elementară ipotetică - rechiton (sau reheaton, din reheatonul englez), a cărei dezintegrare a dus la formarea fizicii observate astăzi.
Pe măsură ce Universul a devenit mai rece (temperatura materiei și a radiațiilor a scăzut) și plană (geometria spațiului s-a apropiat de euclidian), Rechitonul s-a dezintegrat în multe alte particule. Au format grupuri de particule care aproape nu interacționează între ele, aproape identice în setul de specii, dar diferă în masa bosonului Higgs și, prin urmare, în mase proprii.
Numărul de astfel de grupuri de particule, care, potrivit oamenilor de știință, există în universul modern, ajunge la câteva mii de trilioane. Fizica descrisă de Modelul Standard (SM) și particulele și interacțiunile observate în experimentele la LHC aparțin uneia dintre aceste familii. Noua teorie permite abandonarea supersimetriei, care încă încearcă să găsească fără succes și rezolvă problema ierarhiei particulelor.
În particular, dacă masa bosonului Higgs format ca urmare a degradării rechitonului este mică, atunci masa particulelor rămase va fi mare, și invers. Aceasta rezolvă problema ierarhiei electroweak asociate cu diferența mare dintre masele observate experimental de particule elementare și scalele de energie ale Universului timpuriu. De exemplu, întrebarea de ce un electron cu o masă de 0,5 megaelectronvolt este de aproape 200 de ori mai ușor decât un muon cu aceleași numere cuantice dispare de la sine - în Univers există exact aceleași seturi de particule în care această diferență nu este atât de puternică.
Conform noii teorii, bosonul Higgs observat în experimente la LHC este cea mai ușoară particulă de acest tip, formată ca urmare a degradării unui rechiton. Bosonii mai grei sunt asociați cu alte grupuri de particule încă descoperite - analogii leptonilor descoperiți astăzi și bine studiați (care nu participă la interacțiunea puternică) și hadronilor (participă la interacțiunea puternică).
Nima Arkani-Hamed
Video promotional:
Foto: Departamentul PE / CERN
Noua teorie nu anulează, dar face să nu fie atât de necesară introducerea supersimetriei, ceea ce presupune dublarea (cel puțin) a numărului de particule elementare cunoscute datorită prezenței super-partenerilor. De exemplu, pentru un foton - un fotino, un quark - un squark, un Higgs - un Higgsino și așa mai departe. Spinul superpartenilor ar trebui să difere cu jumătate de număr întreg de spinul particulei originale.
Matematic, o particulă și o superparticulă sunt combinate într-un singur sistem (supermultiplet); toți parametrii cuantici și masele de particule și partenerii lor coincid într-o suprasimetrie exactă. Se crede că supersimetria este încălcată în natură și, prin urmare, masa superpartenilor depășește semnificativ masa particulelor lor. Pentru a detecta particule supersimetrice, au fost necesare acceleratoare puternice precum LHC.
Dacă supersimetria sau orice particule noi sau interacțiuni există, atunci, potrivit autorilor noului studiu, acestea pot fi descoperite pe o scară de zece teraelectronvolți. Aceasta se află aproape la granița capacităților LHC și, dacă teoria propusă este corectă, descoperirea unor particule noi este extrem de puțin probabilă.
Versiuni CM
Imagine: arXiv.org
Un semnal de aproape 750 de gigaelectronvolți, ceea ce ar putea indica descompunerea unei particule grele în doi fotoni gamma, așa cum au raportat oamenii de știință ai colaborărilor CMS (Compact Muon Solenoid) și ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) care lucrează la LHC în decembrie 2015 și martie 2016, recunoscut ca zgomot statistic. După 2012, când a devenit cunoscută despre descoperirea bosonului Higgs la CERN, nu au fost dezvăluite noi particule fundamentale prevăzute de extensiile SM.
Prin urmare, este de așteptat apariția teoriilor în care nevoia de supersimetrie dispare. "Există mulți teoreticieni, inclusiv eu, care cred că acum este un moment complet unic, când rezolvăm probleme importante și sistemice și nu privește detaliile oricărei particule elementare următoare", a declarat autorul principal al noului studiu, fizicianul Nima Arkani-Hamed de la Universitatea Princeton (SUA).
Optimismul său nu este împărtășit de toată lumea. De exemplu, fizicianul Matt Strassler, de la Universitatea Harvard, consideră că justificarea matematică a noii teorii este contrivă. Între timp, Paddy Fox de la Laboratorul Național de Accelerator Enrico Fermi din Batavia (SUA) consideră că noua teorie poate fi testată în următorii zece ani. În opinia sa, particulele formate într-un grup cu orice boson greu de Higgs ar trebui să-și lase urmele asupra radiației relicve - radiația antică cu microunde prevăzută de teoria Big Bang.
Andrey Borisov
