لا تؤكد التجارب التناظر الفائق ، ويبحث الفيزيائيون عن أفكار جديدة

في التجارب على مصادم الهادرون الكبير ، نفق دائري بطول 26 كم في مختبر CERN في سويسرا ، حيث تصطدم البروتونات عالية الطاقة ، لم يتم الحصول على أي تلميح عن "الفيزياء الجديدة" خارج النموذج القياسي.

أصيب ميخائيل شيفمان ، الفيزيائي النظري الشاب في موسكو في عام 1982 ، بأناقة نظرية جديدة تسمى التناظر الفائق ، والتي حاولت تضمين الجسيمات الأولية المعروفة في كتالوج أكثر شمولاً للجسيمات في الكون.

يقول شيفمان ، الأستاذ في جامعة مينيسوتا ، البالغ من العمر 63 عامًا: "إن عملي في ذلك الوقت يضيء بحماس". على مر العقود ، طور هو وآلاف الفيزيائيين الآخرين فرضية التناظر الفائق اعتقادًا منهم أن التجارب ستؤكدها. يقول: "لكن الطبيعة لا تحتاج إليها". "على الأقل بشكل أصلي بسيط."

نظرًا لأن أكبر مصادم في العالم لم يكن قادرًا على اكتشاف الجسيمات التي يجب أن تكون موجودة وفقًا لهذه النظرية ، ينضم شيفمان إلى جوقة الباحثين ، وحث زملائه على تغيير المسار.


ميخائيل شيفمان

في مقال نشر في أكتوبر 2012 ، حث شيفمان الزملاء على التخلي عن مسار "تطوير تعديلات بعيدة المنال وغير جذابة من الناحية الجمالية" ، والتي تهدف إلى شرح حقيقة أن النسخ الأبسط من النظرية لا يتم تأكيدها من خلال الاختبارات. يكتب أن الوقت قد حان "لبدء التفكير وتطوير أفكار جديدة".

لكن لا توجد مواد كافية للعمل. حتى الآن ، لم تظهر أي تلميحات حول "فيزياء جديدة" خارج النموذج القياسي - مجموعة المعادلات المقبولة التي تصف الجسيمات الأولية المعروفة - سواء في تجارب المصادم LHC أو في أي مكان آخر. (تم توقع بوزونات هيجز المكتشفة مؤخرًا بواسطة النموذج القياسي). استبعدت اختبارات تصادم البروتونات الأخيرة في كيوتو ، اليابان ، فئة كبيرة أخرى من النماذج الفائقة التناظر ، ونظريات أخرى عن "الفيزياء الجديدة" ، لأنها لم تجد أي شيء غير عادي في تحلل الجسيمات.

يقول شيفمان: "بالطبع ، هذا مخيّب للآمال". "لسنا آلهة ، لسنا أنبياء". في غياب تلميحات لاتجاه الحركة في البيانات التجريبية ، كيف يمكن للمرء أن يخمن شيء يحدث في الطبيعة؟ "

واجه علماء الفيزياء الصغار الذين يدرسون الجسيمات خيارًا صعبًا: اتباع المسار الذي سلكه معلموهم على مر العقود وابتكار نسخ أكثر تعقيدًا من التناظر الفائق ، أو السير في طريقهم الخاص ، دون أي اتجاه من أي نوع من البيانات.

يقول آدم فالكوفسكي ، المتخصص في فيزياء الجسيمات من جامعة باريس- جنوب الحادي عشر في أورساي ، فرنسا ، الذي يعمل في CERN: "هذا سؤال صعب يحاول معظمنا عدم الإجابة عنه بعد". في منشور على مدونة عن التجارب اليابانية ، نكت Falkovsky أن الوقت قد حان للبحث عن عمل في علم الأعصاب.

قال ستيفن مارتن ، المتخصص في فيزياء الطاقة العالية في جامعة شمال إلينوي ، الذي يعمل على التناظر الفائق ، أو لفترة وجيزة ، SUSY: "هذا ليس مشجعًا على الإطلاق". - بالتأكيد لا أعتقد أن SUSY يجب أن تكون صحيحة. لا يمكنني التفكير في أي شيء أفضل ".

سيطر التناظر الفائق على فيزياء الجسيمات لعقود ، واستبعد كل النظريات الفيزيائية البديلة التي تتجاوز SM تقريبًا.

قال بيتر ويت ، اختصاصي فيزياء الجسيمات والرياضيات في جامعة كولومبيا: "من الصعب المبالغة في تقدير مساهمة الفيزيائيين في SUSY على مدى 20-30 عامًا ، لذلك سيكون لفشلها تأثير كبير على منطقتنا".

النظرية جذابة لثلاثة أسباب. تتنبأ بوجود جسيمات يمكن أن تتكون منها "المادة المظلمة" ، وهي مادة غير مرئية تتخلل ضواحي المجرات. فهو يجمع بين التفاعلات الأساسية الثلاثة في طاقات عالية. والميزة الأكبر هي أنه يحل لغزًا فيزيائيًا يسمى "مشكلة التدرج الهرمي للقياس".

اللغز مرتبط بعدم التناسب بين الجاذبية وضعف التفاعل النووي ، والذي يبلغ 100 مليون تريليون تريليون (10 ³²) مرات أقوى ، وتعمل على نطاق أصغر بكثير ، تتحكم في التفاعل داخل النواة الذرية. الجسيمات التي تنقل التفاعلات الضعيفة ، البوزونات W و Z ، تتلقى كتلة من حقل هيجز ، مجال الطاقة يشرب الفضاء. ولكن ليس من الواضح لماذا تكون طاقة مجال هيجز ، وبالتالي كتل البوزونات W و Z ، صغيرة جدًا. بما أن الجسيمات الأخرى مرتبطة بمجال هيجز ، يجب صب طاقاتها فيه في لحظة التقلبات الكمية. هذا يجب أن يزيد بشكل كبير من طاقة حقل هيجز ، مما يجعل بوزونات W و Z أكثر ضخامة ويؤدي إلى حقيقة أن التفاعل الضعيف يضعف إلى مستوى الجاذبية.



يحل التناظر الفائق مشكلة التسلسل الهرمي ، بافتراض وجود شريك سوبر مزدوج لكل جسيم أولي. وفقًا للنظرية ، فإن الفرميونات التي تتكون منها المادة لها شركاء فائقون في البوزون ينقلون التفاعلات ، والبوزونات الحالية لها شركاء فيرميون. نظرًا لأن أنواع الجسيمات وشركائها الفائقين متعاكسة ، فإن مساهمات طاقتهم في مجال هيجز لها علامات عكسية - واحد يزيدها ، والثاني يقللها. يتم القضاء على مساهمات الأزواج بشكل متبادل ، ولا تحدث أي كوارث. وكمكافأة ، يمكن أن يكون أحد الشركاء الفائقين غير المكتشفين جزءًا من المادة المظلمة.

قال Brian Greene ، الفيزيائي النظري في جامعة كولومبيا: "التناظر الفائق جميل ، وفي الفيزياء نسمح لمثل هذا الجمال والجماليات أن تقودنا في الاتجاه الذي قد تكون عليه الحقيقة".

بمرور الوقت ، نظرًا لعدم ظهور الشركاء الفائقين ، أصبح التناظر الفائق أقل جمالًا. وفقًا للنماذج الشائعة ، لتجنب الكشف ، يجب أن تكون جزيئات الشريك الفائق أثقل بكثير من نظيراتها ، وبدلاً من التماثل ، تظهر مرآة منحنية. طرح الفيزيائيون عددًا كبيرًا من الأفكار حول كيفية كسر التماثل ، وأنتجوا الآلاف من إصدارات التناظر الفائق.



لكن كسر التناظر الفائق هو مشكلة جديدة. يوضح مارتن: "كلما زاد صعوبة عمل شركاء فائقين مقارنة بالجسيمات الموجودة ، كان الاستبعاد المتبادل لأعمالهم أسوأ.

اعتقد معظم خبراء فيزياء الجسيمات في الثمانينيات أن الشركاء الفائقين سيكونون أثقل قليلاً من الجسيمات المعروفة. ولكن على Tevatron ، وهو مسرع في Fermilab ، تمت إزالته الآن من العمل ، لم يتم العثور على أي شيء من هذا القبيل. وبينما يختبر المصادم LHC طاقات أعلى من أي وقت مضى دون العثور على أثر للجسيمات الفائقة التناظر ، يدعي بعض الفيزيائيين أن النظرية قد ماتت. قال فويت: "أعتقد أن المصادم LHC هو القشة الأخيرة".

في الوقت الحالي ، تتنبأ معظم إصدارات العمل من التناظر الفائق بالشركاء الخارقين الثقيلين لدرجة أنهم سيتغلبون على تأثيرات توأمتهم الخفيفة إذا لم يكن من أجل التدمير المتبادل الدقيق للتأثيرات بين الشركاء الخارقين المختلفين. لكن التعديل الدقيق ، المصمم لتحييد مشاكل النظرية وحل مشكلات التسلسل الهرمي ، ليس أمرًا سارًا للكثيرين. قال شيفمان: "هذا يظهر أننا قد نحتاج إلى التراجع والتفكير في المشاكل التي اخترعت SUSY من أجلها".

انفجر بعض المنظرين ، ويجادلون بأنه على الرغم من جمال النظرية الأصلية ، يمكن أن يوجد مزيج قبيح من جزيئات الشريك الفائق وقطرات القرص في الطبيعة. قال مات ستراسلر ، فيزيائي الجسيمات في جامعة روتجرز: "أعتقد أنه سيكون من الخطأ التركيز على الإصدارات الشائعة من التناظر الفائق". "مسابقات الشعبية مؤشر غير موثوق به للحقيقة."


Adam Falkovsky

في موديلات SUSY الأقل شهرة ، يبحث الأخف وزنا من الشركاء الفائقين عن LHC. في النماذج الأخرى ، لا يكون الشركاء الفائقون أثقل من الجسيمات الموجودة ، ولكن أقل ثباتًا ، مما يجعل اكتشافهم أكثر صعوبة. سيستمر اختبار هذه النظريات على المصادم LHC بعد الترقية.

إذا لم يجدوا شيئًا جديدًا - ويتحدثون عن تطور الأحداث مثل "سيناريو الكابوس" - فسيظل لدى الفيزيائيين نفس الفجوات التي أربكتهم مع الصورة الكاملة للكون قبل ثلاثة عقود ، قبل أن يغلقها التناظر الفائق بدقة. وفي حالة عدم وجود مصادم طاقة أعلى ، كما يقول فالكوفسكي ، ستتدهور هذه المنطقة ببطء. "سينخفض ​​عدد الوظائف في فيزياء الجسيمات ، ويموت علماء فيزياء الجسيمات بشكل طبيعي."

الأخضر أكثر تفاؤلاً. يقول: "العلم هو حدث ذاتي التعديل". "اقتلعت الأفكار الخاطئة بمرور الوقت لأنها قاحلة ، أو لأنها تؤدي إلى طرق مسدودة". وهذا يحدث داخل المنطقة. ويواصل الناس العمل على ما يبهرهم ، والعلم متعرج أقرب إلى الحقيقة ".

Source: https://habr.com/ru/post/ar397363/