Säker, Standardmodellen är trevlig, men fysiker nöjer sig inte med att låta bli. Här, Leon Lederman (han från Nobelpriset i fysik 1986) talar till världstoppmötet om fysik bortom standardmodellen 2006. Rodrigo Buendia/AFP/Getty Images Snabbare än en snabbkula! Mer kraftfull än ett lok! Kan hoppa höga byggnader i en enda gräns! Varför, det är supersymmetri förstås. (SUSY, om du föredrar den sötare, inkognitopersonlighet.) Av alla superhjältar vi har i universum, supersymmetri kan vara den som kommer att rädda oss från total förintelse. Inte för att det bekämpar skurkar eller överlistar skurkar, men för att det bara kan förklara hur det minsta, de flesta elementära delar av kosmos fungerar. Lås upp universum, och vem vet vad vi kan försvara oss mot.
Vem är vår smarta hjälte? Vår muskulösa hjältinna? Väl, det är mer musigt Peter Parker än suave Spider-Man. Det är faktiskt en princip - tänkt att fylla i hålen i en annan ram - att fysiker börjar frukta är inte hälften så stark som det verkar. Supersymmetri kan äntligen ha träffat sin match, och Large Hadron Collider är arenan där det bara kan ta sitt sista flämtande.
Först, ett steg tillbaka. Standardmodellen är vad fysiker idag använder för att förstå universums grundläggande grundämnen. Det definierar de grundläggande partiklarna, liksom de fyra krafterna som interagerar med partiklarna för att hålla universum med sig. Dessa partiklar inkluderar kvarker och leptoner:Du kanske känner till protoner och neutroner från kvarkfamiljen, och elektroner och neutrinoer som leptoner. Krafterna är starka, svag, elektromagnetisk och gravitationell.
Standardmodellen säger också att var och en av dessa krafter har en motsvarande partikel (eller boson). Genom att utbyta bosoner med varandra, materia kan överföra energi mellan varandra [källa:CERN]. Och här är något riktigt bekvämt:Varje partikel i standardmodellen har hittats, inklusive - för inte så länge sedan - Higgs boson. Higgs utgör ett större Higgs -fält, som överför massa till partiklar.
Nu är det en konstig sak. Om standardmodellen är korrekt, det betyder att Higgs -fältet ger subatomära partiklar sin massa. Men det står inte vad massorna är, inte heller förklarar det varför Higgs -bosonet skulle vara lätt - det borde det verkligen vara, riktigt tungt om de andra standardmodellpartiklarna interagerar med det som det förutspås.
Det är här supersymmetri kommer in. Som folket på Fermilab påminner oss om, supersymmetri är en princip, inte en teori, så det betyder att det finns massor av supersymmetriska teorier som skiljer sig åt på olika punkter. Allihopa, fastän, har supersymmetriska ekvationer som behandlar materia och krafter identiskt [källa:Fermilab]. Japp, materia och kraft kan bytas ut.
Hur kan den balansgången vara? Supersymmetri säger att varje partikel som beskrivs i standardmodellen har en superpartner med en annan massa. Så varje känd materiepartikel (eller fermion ) har en kraftpartikel (eller boson ) och vice versa. En elektron är ett exempel på en fermion, medan en foton är ett exempel på en boson. En av de mest användbara egenskaperna hos superpartnerna skulle vara att de faktiskt skulle avbryta den verkliga, riktigt stor massa som standardmodellen förutspår att Higgs skulle ha. Vilket låter fantastiskt, för hej - vi hittade Higgs, och det var inte så massivt. Supersymmetri lever! Viva la supersymmetri!
Äh, men du kanske vill vänta på det eftersom häri ligger ett stort problem med supersymmetri och superpartners:Vi har inte sett dem. Även om det är fantastiskt att hitta Higgs vid massan supersymmetri förutspår, vi borde verkligen se alla dessa superpartnerpartiklar, för. Och efter att ha kört Large Hadron Collider i flera år, det har vi inte.
Ja, ja, det är lite svårt att motivera att hänga på supersymmetri. Vi antar att alla dessa superpartners existerar eftersom standardmodellen bara skulle vara mer meningsfull om de gör det. Verkar som dålig vetenskap, höger?
Väl, inte så snabbt. Supersymmetri skulle svara på mer än bara Higgs -frågan, och att kunna lösa flera problem med en lösning tilltalar forskare [källa:Fermilab]. Till exempel, fysiker förstod inte varför galaxer snurrar så snabbt som de gör, med tanke på deras betydande massa, så de ställde en ny fråga - mörk materia -- för att lösa problemet. Då stötte de på ett större problem:Om det finns mörk materia, vad i hela världen är den gjord av? Vi hade aldrig sett det, så vi kunde inte säga vad som består av de mystiska grejerna. Supersymmetri löser det problemet, eftersom den lättaste supersymmetriska partikeln helt skulle passa den mörka materien.
En annan välsignelse som supersymmetri skulle ge? Att de tre krafter vi förstår på en subatomär skala (stark, svag och elektromagnetisk) kan förstås som en del av en enande kraft. Medan standardmodellen säger att krafterna blir lika vid mycket höga energier, supersymmetri skulle förutsäga att de tre krafterna förenas vid en enda energi [källa:Fermilab]. Nu, det här är inte nödvändigt för att vara vettigt, "men - som vi sa - fysiker gillar naturliga, eleganta lösningar. Supersymmetri skulle skapa precis den typ av lösning som fysiker längtar efter när det gäller frågan om enande krafter.
Återigen, vi måste påminnas om att allt detta är förgäves om vi inte hittar dessa superpartners. Om vi inte hittar dem, vi har ingen förklaring till Higgs bosonmassa, den mörka materien eller enande av krafter. Men vi kallar dödens tid på supersymmetri innan vi har gett den en chans att slåss.
För hoppet kan vara på väg, i form av en massiv protonexplosion. Det är rätt, våra förhoppningar ligger fortfarande hos Large Hadron Collider, partikelacceleratorn som var ansvarig för att hitta bevis för Higgs -bosonet 2012. Medan man hittade Higgs var det utan tvekan en stor grej för supersymmetrisupportrar - och fysiker i allmänhet - vad de verkligen hoppades på var att hitta ett gäng partiklar . Mer specifikt, ett gäng av de svårfångade superpartners som skulle få oss att förstå att supersymmetri är realistisk.
Det är inte överdrivet att säga att det bara var en kris i fysikvärlden att hitta bara Higgs (och inte andra superpartners) på LHC. Trots allt, för att Higgs -massan ska vara vettig, superpartners borde ha hittats på ungefär samma plats [källa:Wolchover]. LHC kommer att slås på igen 2015, kraschar protoner med ännu högre energier för att förhoppningsvis hitta superpartners vid högre massor. Tyvärr, det löser inte riktigt problemet:Även om de hittar masstunga superpartners, supersymmetriens mycket bekväma effekter - att den skulle avbryta Higgs supertunga massa - skulle inte riktigt fungera lika bra [källa:Wolchover]. Så vi skulle, återigen, fastna i en supersymmetri.
Men som folk har noterat, supersymmetri är en princip, inte en teori. I vissa supersymmetriska scenarier, Large Hadron Collider kunde inte ha upptäckt superpartners, på grund av experimentens begränsningar, och deras oförmåga att upptäcka mindre stabila partiklar [källa:Wolchover]. Så medan supersymmetri förmodligen behöver springa in i rummet ganska snabbt med en ganska bra ursäkt för att vara så sen, det är inte dags att stänga dörren ännu.
Dessa MIA superpartners börjar verkligen skrämma några fysiker. Det skulle vara en stor grej om vi aldrig såg dem, eftersom partikelfysik desperat behöver testbara teorier. Utan superpartners - eller åtminstone inget sätt att verifiera dem i vårt universum - vi måste hitta någon annan testbar lösning på några av standardmodellhålen.
