Суперсимметрия это идея о том, что фундаментальные частицы природы связаны глубокой взаимосвязью. Эта теория предсказывает существование совершенно новых частиц в экспериментах с крупнейшими в мире коллайдерами.

Но согласно недавнему отчету, признаков суперсимметрии не было, и теория выглядит немного шаткой.

Таинственная симметрия

Субатомная вселенная состоит из двух основных видов частиц, называемых фермионами (в честь Энрико Ферми) и бозоны (названные в честь Сатьендра Натха Боса). По сути, фермионы - это строительные блоки естественного мира: кварки, электроны, нейтрино. Если вы приблизитесь к своим клеткам, молекулам и атомам, вы обнаружите, что вокруг гудит кучка фермионов, которые делают свое дело.

Напротив, бозоны являются носителями фундаментальные силы природы. Электромагнитная сила переносится фотоном, разновидностью бозона. У слабого ядерного взаимодействия есть три бозона, которые переносят его, и восемь разных бозонов вступают в сговор, чтобы вызвать сильное ядерное взаимодействие. С гравитацией связан гипотетический бозон, называемый гравитоном, но мы еще не понимаем эту частицу.

У нас также нет понимания, почему Вселенная делится на эти два основных лагеря. Почему не стало больше «семейств» частиц? Почему фермионы обладают такими свойствами? Почему бозоны связаны с силами? И есть ли вообще какие-то связи между этими двумя мирами?

Сверхмощные частицы

Между фермионами и бозонами может быть связь, и название этой теоретической связи - суперсимметрия. Математическая симметрия играет центральную роль в современной физике. Именно благодаря открытию глубоких математических соотношений физики смогли понять силы природы и другие чудесные идеи, такие как сохранение энергии.

Путем поиска симметрии физики могут понять мир.

В суперсимметрии есть новый вид математических соотношений, связывающих фермионы и бозоны. Фактически, это больше, чем простая связь: суперсимметрия утверждает, что фермионы и бозоны на самом деле являются двумя сторонами одной (суперсимметричной) медали. Каждый фермион имеет зеркальную частицу в семействе бозонов, и каждый бозон имеет двойника в мире фермионов.

На жаргоне суперсимметрии зеркальные двойники частиц получают довольно причудливые названия. У каждого суперсимметричного партнера фермиона к фронту прикрепляется буква «s», поэтому партнером кварка является скварк, партнером электрона - селектрон и так далее. Что касается бозонов, к их партнерам прикрепляется «ино» на конце, поэтому фотоны соединяются с фотино, а глюоны (носители сильного взаимодействия) соединяются с глюино. Итак, чтобы найти доказательства суперсимметрии, все, что вам нужно сделать, это найти беспризорный глюино или селектрон, плавающий вокруг.

Звучит круто, но это не так просто. В абсолютно суперсимметричном мире мы бы увидели эти двойниковые частицы везде, куда бы ни посмотрели. Для каждого фермиона мы могли найти ассоциированный бозон, и наоборот.

Но мы этого не делаем.

Причина, по которой мы не видим проявление симметрии в нашей Вселенной, заключается в том, что это нарушенная симметрия. Давным-давно, когда Вселенная была намного горячее и плотнее, эта симметрия могла выжить. Но по мере расширения Вселенная остыла и нарушила симметрию, разделив фермионы и бозоны. Нарушение симметрии привело к резкому увеличению массы всех суперсимметричных близнецов, и в мире физики элементарных частиц, чем больше вы массивны, тем более нестабильны.

Единственный способ получить доступ к области суперсимметрии - воссоздать условия ранняя вселенная. Как, например, в гигантском коллайдере частиц.

Атлас поддерживает мир

В Большой адронный коллайдер (LHC) - это, как следует из названия, гигантский коллайдер частиц. Он способен ускорять частицы почти до скорости света, а затем сталкивать их вместе, достигая максимально возможных энергий - условий, которых не было во Вселенной с первых моментов Большого взрыва. Большой адронный коллайдер был специально разработан для поиска признаков суперсимметрии путем нахождения свидетельств суперсимметричных партнеров-частиц в обломках столкновения.

Один из детекторов на LHC называется ATLAS, что означает «Тороидальные аппараты LHC» (да, это несколько неуклюже, если говорить об аббревиатуре, но это классное название). Коллаборация ATLAS, в которую вошли сотни ученых со всего мира, опубликовала свои последние открытия в поисках суперсимметрии в статья, входящая в препринт журнала arXiv.

И их результаты? Ничего. Нада. Zilch. Нуль.

После многих лет поисков и огромного количества данных, накопленных в результате бесчисленных столкновений, нет никаких признаков суперсимметричной частицы. Фактически, многие модели суперсимметрии в настоящее время полностью исключены, и очень немногие теоретические идеи остаются в силе.

В то время как суперсимметрия пользуется широкой поддержкой теоретиков на протяжении десятилетий (которые часто изображали ее как очевидный следующий шаг в продвижении нашего понимания Вселенной), теория лежала на тонком льду с момента включения БАК. Но, несмотря на эти первоначальные сомнительные результаты, теоретики надеялись, что некоторая модель настройки теории даст положительный результат внутри эксперимента на коллайдере.

Хотя не все возможные модели суперсимметрии были исключены, будущее теории находится под серьезным сомнением. А поскольку физики годами вкладывали столько времени и энергии в суперсимметрию, убедительных альтернатив не так много.

Куда пойдет физика отсюда, во вселенной без суперсимметрии? Только время (и много математики) покажет.

Где все скварки и глюино?