Forskare vid Rutgers University-New Brunswick och på andra håll står vid ett vägskäl i sin 50-åriga strävan efter att gå utöver standardmodellen i fysik.

Rutgers Today bad professorerna Sunil Somalwar och Scott Thomas vid Institutionen för fysik och astronomi vid School of Arts and Sciences att diskutera universums mysterier. Somalwar forskning fokuserar på experimentell elementär partikelfysik, eller högenergifysik, vilket innebär att partiklar krossas vid stora partikelacceleratorer som den på CERN i Schweiz. Thomas forskning fokuserar på teoretisk partikelfysik.

Duon, som samarbetar på experiment, och andra Rutgers fysiker - inklusive Yuri Gershtein - bidrog till den historiska upptäckten 2012 av Higgs -bosonen, en subatomär partikel som är ansvarig för all materiens struktur och en nyckelkomponent i standardmodellen.

Rutgers idag:Vad är standardmodellen?

Thomas:Det är en teori som startades för ungefär 50 år sedan. Det borde kallas "den mest fantastiskt framgångsrika teorin om allt någonsin" eftersom det är en triumf av mänskligt intellekt. Det förklarar, i en teoretisk struktur och i stor kvantitativ detalj, varje experiment som någonsin gjorts i laboratoriet. Och inget experiment strider hittills med denna teori. Bottenstenen till standardmodellen var experimentellt upptäckten av Higgs -bosonen. Det förutspådde existensen och interaktionen mellan massor av olika partiklar, som alla hittades. Problemet är att som teoretiker, vi är offer för vår egen framgång. Standardmodellen är så framgångsrik att teorin inte pekar på svar på några av de frågor vi fortfarande har. Higgs boson svarade på många frågor, men vi får inte ledtrådar direkt från denna teoretiska struktur hur de återstående frågorna kan besvaras, så vi står vid ett vägskäl i detta 50-åriga uppdrag. Vi behöver några tips från experiment och sedan, förhoppningsvis, tipsen kommer att räcka för att berätta nästa teoretiska struktur som ligger till grund för standardmodellen.

Rutgers idag:Vilka frågor återstår?

Somalwar:Standardmodellen säger att materia och antimateria ska vara nästan lika. Men efter Big Bang för cirka 13,8 miljarder år sedan, materia uppgick till en del av 10 miljarder och antimateria sjönk till i princip noll. Ett stort mysterium är vad som hände med all antimateria. Och varför är neutrinoer (även subatomära partiklar) så lätta? Är Higgs bosonpartikel av sig själv eller finns det en Higgs zoo? Det finns goda skäl till att Higgs -bosonen omöjligt kan vara ensam. Det måste finnas mer i bilden.

Rutgers idag:Vad fokuserar du på?

Somalwar:Jag letar efter bevis för tunga partiklar som kan ha funnits en picosekund efter Big Bang. Dessa partiklar existerar inte längre eftersom de urartar. De är väldigt instabila. De kan förklara varför neutrinoer är så lätta och varför så gott som allt antimateria försvann men inte all materia försvann. Det vi gör kallas gränsvetenskap - det ligger i framkant inom fysiken:de minsta avstånden och de högsta energierna. När du väl kommer till gränsen, du ockuperar mycket av området och börjar prospektera. Men någon gång, saker och ting minas ut och du behöver en ny gräns. Vi har precis börjat prospektera här. Vi har inte tillräckligt med utvalda områden och vi kan ha några pärlor som ligger där och fler kommer under det närmaste året eller två. Så, det är en mycket spännande tid just nu eftersom det är som att vi har kommit till guldrusningen.

Thomas:Jag försöker förstå den fysik som ligger till grund för Higgs -sektorn i standardmodellteorin, som måste innehålla minst en partikel - Higgs boson. Denna sektor är mycket viktig eftersom den bestämmer atomernas storlek och massan av elementära partiklar. Fysiken som ligger till grund för Higgs -sektorn är ett vägspärr för att förstå fysik i en mer grundläggande skala. Finns det andra arter av Higgs -partiklar? Vilka är deras interaktioner och vilka egenskaper har de? Det skulle börja ge oss ledtrådar och då kanske vi skulle kunna rekonstruera en teori om vad som ligger till grund för standardmodellen. Den verkliga motivationen är att förstå hur universum fungerar på sin mest grundläggande nivå. Det är det som driver oss alla.