Рубрики
Физики большого адронного коллайдера в Европе испытали на себе свойства природы до более высоких энергий в истории, и не нашли ничего особенного: так же, ничего нового. Это, может быть, 30 лет назад, когда проект только думал, не мог предсказать никто. Пресловутый «двухфотонный пик», который появился в данные в декабре, исчез без следа: он был довольно статистической флуктуацией, а не новой фундаментальной частицы. На самом деле, бои на газ на данный момент не выявили ничего, но каталогизированной, но неполной Стандартной модели физики элементарных частиц. Среди фрагментов физического столкновения не нашли никаких частиц, которые могли бы объяснить темную материю, братья и сестры бозона Хиггса, без дополнительных мер, без лептокварков… и не суперсимметричных частиц, которые выполнили наши уравнений и устраивает принцип «естественности», что может быть в основе всех законов природы.
«Удивительно, что мы думали, что все это хорошо тридцать лет и не сделал ни одного правильного прогноза на то, что мы увидим», — говорит Нима Аркани-Хамед, профессор физики в Институте перспективных исследований в Принстоне.
Последние новости россии на Международной конференции по физике высоких энергий в Чикаго в презентации экспериментов ATLAS и CMS, гигантские детекторы, какие в 6 и 12 часов на циферблате в 30 километрах колец БАК. Обе команды, в каждой из которых 3000 человек, лихорадочно работал в течение последних трех месяцев, анализируя огромный поток данных с машины, что, наконец, заработал в полную силу после обновления (и удвоил его). В настоящее время БАК сталкивает протоны до 13 трлн электрон-вольт (Тэв) энергии, обеспечивая достаточно сырья для того чтобы произвести гигантский элементарных частиц. Если они есть, конечно.
Но до сих пор не нашли. Особенно мучительным для многих стала потеря двухфотонного пик, избыток пар фотонов, который появился в прошлом году в партии 13 Тэв данные и привело к рождению более 500 теоретических работ на эту тему. Слухи об исчезновении бум в данных начали просачиваться в июне, вызвав всей общины «двухфотонное похмелье».
«Это открытие может только указывать на будущее очень интересно для экспериментов с частицами», говорит Raman Сандрум, физик-теоретик из Университета Мэриленда. «Его отсутствие возвращает нас к тому, что мы начали».
Отсутствие новой физики углубляет кризис, который начался в 2012 году с первого запуска БАК, когда стало очевидно, что 8 Тэв-столкновения не открыть никакой новой физики за пределами Стандартной модели. (Бозон Хиггса, открытый в том же году, стал последним элементов головоломки под названием Стандартная модель, и не его расширение). Частица на белом коне могла бы показаться в конце этого или в следующем году, или по крайней мере принести в легкие сюрпризов в поведении известных частиц, которые показали бы новая физика. Но все приходит к тому, что теоретики готовятся к «кошмарному сценарию», в которой ТАНК не открывает никакой дороги в направлении более полной теории природы.
Некоторые теоретики утверждают, что вся эта материя, это время, чтобы начать войну с нулевыми результатами. Отсутствие новых частиц почти точно означает, что законы физики не являются естественными, как привыкли считать сами физики. «Естественность так хорошо обосновано, — говорит Сандрум, — что его отсутствие-это большая находка».
Недостающие части
Основная причина уверенность физиков в том, что Стандартная модель является частью чего-то больше в этой истории-это бозон Хиггса. Точнее, его огромная и кажущаяся неестественной массы. В уравнениях Стандартной модели бозон Хиггса связан со многими другими частицами. Это соединение дает масса частиц, что позволяет им, в свою очередь, изменить значение массы Хиггса, как в перетягивании каната. Некоторые участники этого конфликта чрезвычайно сильными — гипотетические частицы, которые отвечают за гравитацию, могут вносить (или подачи) до 10 миллионов миллиардов Втэ в массы Хиггса — но каким-то образом его массы заканчивается в 0,125 Втэ, как если бы участники армрестлинг закончить процесс чистая ничья. Это звучит абсурдно, если только не найти разумное объяснение для этого равенства.
Предложенная в начале 1980-х годов теория суперсимметрия могла бы это сделать. Она утверждает, что это «фермион», существующий в природе — частица материи, как электрон или кварк, который добавляет массу Хиггса — существует суперсимметричный «бозон», частица-переносчик силы, что вычетает от массы Хиггса. Таким образом, каждый участник армрестлинг имеет ту же силу и Хиггса, конечно, стабильно. Теоретики предложили альтернативные предложения для достижения естественности, но суперсимметрии есть дополнительные аргументы в его пользу: он приводит к тому, что силы трех квантовых взаимодействий прекрасно сочетаются с высокими энергиями, предполагая, что они сша в момент рождения вселенной. И она предлагает инертной, стабильной частицы с массой, которая будет идеально подходит для темной материи.
«Мы почти нашли, — говорит Мария Спиропулу, физик из Калифорнийского технологического института и член CMS. — Спросите людей моего поколения, мы почти узнали, что суперсимметрия есть, даже если мы пока не обнаружили. Мы поверили в нее».
От этого удивление, когда суперсимметричные партнеры известных частиц не показалось — сначала на Большом электрон-позитронном коллайдере в 1990 году, затем Тэватроне в 1990-х и начале 2000-х, а теперь и на танке. По мере того, как коллайдер выходили на все более высокие энергии, расширился разрыв между местами частиц и их гипотетически суперпартнерами, что должно быть намного более тяжелым, чтобы избежать обнаружения. Наконец, суперсимметрия стала так «сломал», что влияние частиц и их суперпартнеров в массы Хиггса больше не фанера, и суперсимметрия не было решения проблемы, естественности. Некоторые эксперты думают, что мы уже прошли точку желаемого. Другие предлагают расширить свободу определить ряд факторов, и это происходит уже сейчас, тем не менее, как ATLAS и CMS исключают стоп-кварк — гипотетический суперпартнер топ-кварка с 0,173 Втэ — в массы в 1 Тэв. Это почти шестикратное несоответствие между верхней и стоп-кварков в перетягивании каната. Даже если тяжелее стоп 1 Тэв есть, слишком тянуть Хиггса, чтобы решить эту проблему, для которой появились в теории.
«Я думаю, что 1 Тэв-это психологический предел», — говорит Альберт де Роек, старший научный сотрудник CERN, лаборатория, которой принадлежит РЕЗЕРВУАР, и профессор Университета Антверпена, Бельгия.
И хотя некоторые могут сказать, что уже достаточно, другие продолжают цепляться за веревки. Среди многих суперсимметричных расширениях Стандартной модели, есть более сложные версии, в которой стоп-кварк тяжелее 1 Тэв в сговор с дополнительной суперсимметричными частицами, чтобы сбалансировать топ-кварка и настроить массу Хиггса. Эта теория так много вариантов, или некоторые «шаблоны», убивать его, конечно, почти невозможно. Джо Инкандела, физик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, который объявил об открытии бозона Хиггса от лица действительных CMS в 2012 году и теперь направляет исследование на тему стоп-кварков, говорит, что «если вы что-то видите, вы можете сделать независимо от модели заявление, что вы что-то видите. Если вы не видите ничего, будет сложнее».
Частицы могут спрятаться в укромных уголках и трещинах. Если, например, стоп-кварков и минимум нейтралино (суперсимметричный кандидат для темной материи) будет иметь около массы, могут оставаться в тени. Дело в том, что когда стоп-кварк рождается в процессе столкновения и распада, порождающем нейтралино, очень мало энергии, излучаемый, чтобы принять форму движения. «Когда ломается стоп, где он сидит, и частицы темной материи, — объясняет Кайл Кранмер Нью-Йоркского университета, член ATLAS. — Вы не видите. Таким образом, в этих регионах и искать нечего». В данном случае, стоп-кварк с массой менее 0,6 Тэв может скрываться в данных.
Экспериментаторы пытаются залатать эти пробелы в ближайшие годы, ну или обнаружить скрытые частицы. В то же время теоретики готовы признать тот факт, что природа не указывает, в каком направлении можно было бы двигаться. Ситуация очень запутанная.
Новая надежда
Многие теоретики частиц теперь узнают от времени тенденции, возможности:, что масса бозона Хиггса просто неестественно, его небольшой размер обусловлен случайным, прекрасно интегрированы компенсации внешнего перетягивание каната — и что мы видим, что это особое свойство, потому что от него зависит наша жизнь. В этом случае, есть много вселенных, в каждой из которых, сочетание эффектов, совершенно случайно. Все эти вселенные атомов образуются только в тех, где случайно есть легкий бозон Хиггса, и так рождаются живые существа. Но такой «антропный» аргумент ненавидят за то, что невозможно проверить.
В течение последних двух лет некоторые физики-теоретики начали предлагать совершенно новые естественных объяснений масса Хиггса, пытаясь избежать фатализма антропного принципа, а не полагаться на новых частиц, которые могут появиться на одном баке. Например, на прошлой неделе в ЦЕРНЕ собрали семинар, на котором обсудили предположение релаксиона — из которого следует, что масса Хиггса построен динамически, в момент рождения вселенной, и не форма симметрии — и возможные методы эти идеи. Теперь, когда двухфотонный пик оставил ученых с ничего, придется вернуться и найти новые возможности для новой физики.
Аркани-Хамед говорит, что «есть многие теоретики, включая меня, которые думают, что мы живем в уникальный момент, когда все вопросы — гигантов, структурные, без подробностей на следующей частицы. Мы должны быть счастливы жить в это время — даже если при нашей жизни не будет серьезное, произошло из-прогресс».
В то время как теоретики возвращаются к краям, 6000 экспериментаторов CMS и ATLAS упиваться данные ранее неизведанной области. «Кошмар? Что ты хочешь сказать?», говорит Спиропулу, имея в виду возмущение теоретиков на тему страшный сценарий. «Мы исследуем природу. Вероятно, у нас нет времени думать о разного рода кошмар, потому что мы тонем в данных и очень счастливы».
Есть надежда, что новая физика еще проявится. Но не обнаружил ничего, с положением Спиропулу, это что-то узнать, особенно, если вместе с этим умрут, сильные идеи.
Что отсутствие новых частиц означает для физики?
Илья Хель