Amerikas Savienoto Valstu un Dienvidkorejas fiziķi ir aprakstījuši iespējamo Visuma evolūcijas scenāriju pēc Lielā sprādziena, kas atšķiras no zinātnes vispārpieņemtā. Saskaņā ar šo scenāriju vairs nebūs iespējams atklāt jaunas elementāras daļiņas Lielajā hadronu sadursmē (LHC) CERN. Arī alternatīvs scenārijs ļauj jums atrisināt masu hierarhijas problēmu. Pētījums publicēts arXiv.org
Teoriju sauc par dabiskumu. To nosaka pēc enerģijas zvana mijiedarbības secības enerģiju skalas pēc elektromagnētiskās un vājās mijiedarbības atdalīšanas. Tas bija apmēram desmit pie mīnus trīsdesmit divi - desmit mīnus divpadsmit sekundes pēc Lielā sprādziena. Pēc tam, pēc jaunās koncepcijas autoru domām, Visumā pastāvēja hipotētiska elementāra daļiņa - rehitons (jeb reheatons, no angļu valodas reheatons), kura sadalīšanās noveda pie mūsdienās novērotās fizikas veidošanās.
Tā kā Visums kļuva aukstāks (matērijas un radiācijas temperatūra pazeminājās) un plakans (kosmosa ģeometrija tuvojās Eiklīdijam), Rečitons sadalījās daudzās citās daļiņās. Viņi veidoja daļiņu grupas, kas gandrīz nav mijiedarbojas viens ar otru, gandrīz vienādas pēc sugas, bet atšķiras ar Higsa boza masu un līdz ar to arī ar savām masām.
Šādu daļiņu grupu skaits, kuras, pēc zinātnieku domām, pastāv mūsdienu Visumā, sasniedz vairākus tūkstošus triljonus. Standarta modeļa (SM) aprakstītā fizika, kā arī daļās un mijiedarbībās, kas novērotas eksperimentos LHC, pieder vienai no šīm ģimenēm. Jaunā teorija ļauj atteikties no supersimetrijas, kuru joprojām mēģina atrast neveiksmīgi, un atrisina daļiņu hierarhijas problēmu.
Jo īpaši, ja Higsa boza masa, kas veidojas rehitona sabrukšanas rezultātā, ir maza, tad atlikušo daļiņu masa būs liela, un otrādi. Tas atrisina elektrisko signālu hierarhijas problēmu, kas saistīta ar lielo plaisu starp eksperimentāli novērotajām elementāro daļiņu masām un agrīnā Visuma enerģijas skalām. Piemēram, pats par sevi izzūd jautājums, kāpēc elektrons ar 0,5 megaelektronvoltu masu ir gandrīz 200 reizes vieglāks par muonu ar vienādiem kvantu skaitļiem - Visumā ir tieši tādas pašas daļiņu kopas, kur šī atšķirība nav tik spēcīga.
Saskaņā ar jauno teoriju LHC eksperimentos novērotais Higsa bozons ir vieglākā šāda veida daļiņa, kas veidojas rehitona sabrukšanas rezultātā. Smagākie bozoni ir saistīti ar citām vēl neatklātu daļiņu grupām - mūsdienās atklātu un labi izpētītu leptonu (kas nepiedalās spēcīgā mijiedarbībā) un hadronu (piedaloties spēcīgā mijiedarbībā) analogiem.
Nima Arkani-Hameda
Reklāmas video:
Foto: EP departaments / CERN
Jaunā teorija neatceļ, bet padara to par nevajadzīgu ieviest supersimetriju, kas nozīmē zināmo elementāro daļiņu skaita (vismaz) dubultošanu (vismaz) superpartneru klātbūtnes dēļ. Piemēram, fotonam - fotīnam, kvarkam - ķeksim, Higssam - Higgsino utt. Superpartneru griešanās vērtībai vajadzētu atšķirties uz pusi par veselu skaitli no sākotnējās daļiņas griešanās.
Matemātiski daļiņa un superdaļiņa tiek apvienoti vienā sistēmā (supermultiplet); visi kvantu parametri un daļiņu masas un to partneri precīzi sakrīt ar supersimetriju. Tiek uzskatīts, ka supersimetrija dabā ir salauzta, un tāpēc superpartneru masa ir daudz lielāka nekā to daļiņu masa. Supersimetrisku daļiņu noteikšanai bija nepieciešami spēcīgi paātrinātāji, piemēram, LHC.
Ja pastāv supersimetrija vai kādas jaunas daļiņas vai mijiedarbība, tad, pēc jaunā pētījuma autoru domām, tos var atklāt desmit teraelektronvoltu skalā. Tas ir gandrīz uz LHC spēju robežas, un, ja piedāvātā teorija ir pareiza, jaunu daļiņu atklāšana tur ir ārkārtīgi maz ticama.
CM versijas
Attēls: arXiv.org
Signāls netālu no 750 gigaelektronovoltiem, kas varētu liecināt par smagas daļiņas sadalīšanos divos gamma fotonos, kā ziņo CMS (Compact Muon Solenoid) un ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) sadarbības zinātnieki, kas strādāja LHC 2015. gada decembrī un 2016. gada martā., kas atzīts par statistisko troksni. Pēc 2012. gada, kad kļuva zināms par Higsa boza atklāšanu CERN, nav atklātas jaunas fundamentālas daļiņas, kuras prognozēja SM paplašinājumi.
Tāpēc ir sagaidāms, ka parādīsies teorijas, kurās izzūd vajadzība pēc supersimetrijas. "Ir daudzi teorētiķi, arī es, kuri uzskata, ka tagad ir pilnīgi unikāls laiks, kad mēs risinām svarīgus un sistēmiskus jautājumus, nevis kas attiecas uz jebkuras nākamās elementārās daļiņas detaļām," sacīja jaunā pētījuma vadošā autore, fiziķe Nima Arkani-Hamed. no Prinstonas universitātes (ASV).
Viņa optimisms nav visiem līdzīgs. Piemēram, fiziķis Metjū Strasslers no Hārvardas universitātes uzskata, ka jaunās teorijas matemātiskais pamatojums ir jānoraida. Tikmēr Padijs Fokss no Enrico Fermi Nacionālās paātrinātāju laboratorijas Batavia (ASV) uzskata, ka jauno teoriju var pārbaudīt nākamo desmit gadu laikā. Pēc viņa domām, daļiņām, kas veidojas grupā ar jebkuru smagu Higsa bozonu, jāatstāj pēdas uz relikvijas starojumu - seno mikroviļņu starojumu, ko prognozēja Lielā sprādziena teorija.
Andrejs Borisovs