अब भौतिकी में सुपरसिमेट्री के बारे में क्या जाना जाता है

लेख सुपरसिमेट्री की खोज के वर्तमान (2013 के लिए) परिणामों पर जानकारी प्रदान करता है - ज्ञात कणों और इंटरैक्शन की सीमाओं से परे क्या हो सकता है, इसके बारे में कई सट्टा विचारों में से एक। सुपरसिममेट्री उन विकल्पों में से एक है (सबसे लोकप्रिय और शायद सबसे अधिक आलोचना की गई - लेकिन केवल एक ही नहीं) तथाकथित " स्वाभाविकता " समस्या को हल कर सकती है, जो " गेज पदानुक्रम समस्या " से निकटता से संबंधित है। गुरुत्वाकर्षण अन्य इंटरैक्शन की तुलना में इतना कमजोर क्यों है? सबसे छोटे संभव ब्लैक होल के द्रव्यमान की तुलना में हिग्स कण का द्रव्यमान इतना छोटा क्यों है?

2011 के मध्य में, जब लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) अभी भी युवा था, मेरे सहयोगी जॉन कॉनवे ने अपने ब्लॉग पर घोषणा की कि सुपरसिमेट्री (विशेष रूप से, सुपरसमेट्री प्राकृतिकता की समस्या के समाधान के रूप में, जिसे मैं "प्राकृतिक सुपरस्मेट्री", ईयू) कहूंगा) वास्तव में, यह एलएचसी पर एटलस और सीएमएस प्रयोगों में प्राप्त आंकड़ों से खारिज कर दिया गया था। एक त्वरित नज़र और कुछ मिनट यह समझने के लिए पर्याप्त थे कि यह कथन गलत था - और यह इस तथ्य से प्रदर्शित होता है कि लोग अब तक यूरोपीय संघ के संकेतों की खोज जारी रखे हुए हैं। ईयू को खारिज करना इतना मुश्किल क्यों है? क्योंकि इस विषय में विकल्पों की एक बड़ी संख्या है - सुपरसिमेट्री के लिए एक अविश्वसनीय रूप से कई विकल्प जो स्वाभाविकता की पहेली को हल कर सकते हैं। उन सभी को बाहर करने के लिए, बहुत सारे काम की आवश्यकता होगी! एलएचसी में कई महीनों से अधिक डेटा एकत्र किया गया था।

2012 के मध्य तक, पांच गुना अधिक डेटा प्राप्त करने और उन्हें छांटने पर बहुत अधिक काम करने के बाद, हमने महसूस किया कि स्थिति थोड़ी जटिल थी। इस बार, यह समझने में थोड़ा समय लगा, कई घंटों के क्रम में, यह समझने के लिए कि एटलस और सीएमएस के साथ परिणामों ने यूरोपीय संघ को अस्वीकार नहीं किया। दो मुश्किलें थीं। पहला एलएचसीबी प्रयोग से एक बहुत ही महत्वपूर्ण माप का परिणाम है (हालांकि प्रयोगकर्ता दो बार जनता को भ्रमित करने में कामयाब रहे, गलती से यह कहते हुए कि उन्होंने यूरोपीय संघ की संभावना को खारिज कर दिया, या कम से कम "इसे अस्पताल के बिस्तर पर भेजा"), जो भौतिकी के क्षेत्र में सबसे व्यर्थ बयानों में से एक है, जो मैंने सुना)। दूसरा 126 गीगा हिग्स कण की खोज है, जो यूरोपीय संघ को संतुष्ट करने के लिए काफी हल्का है, लेकिन इसके सबसे सरल वेरिएंट को फिट करने के लिए बहुत भारी है। और फिर भी यूरोपीय संघ या किसी और चीज के बारे में कोई विशेष बयान देना जल्दबाजी होगी।

आज हमारे साथ क्या हो रहा है [2013]? 2011 में कुछ मिनट लगे और 2012 में कुछ घंटे छह महीने की कड़ी मेहनत में लगे। एटीएलएएस और सीएमएस में 2012 में एकत्र किया गया डेटा वॉल्यूम में बहुत बड़ा था, और प्रयोगकर्ताओं को उनके माध्यम से तोड़ने की कोशिश में अधिक समय बिताना पड़ा। सभी प्रयासों के बाद, यह समझना संभव हो गया कि कौन से सुपरसिमेट्री वेरिएंट को बाहर रखा गया है और कौन से नहीं हैं। अंत में, हम महत्वपूर्ण बनाने के लिए शुरू करने की स्थिति में हैं, हालांकि अधूरा, सुपरसिमेट्री के प्राकृतिक वेरिएंट के बारे में निष्कर्ष।

जैसा कि मैंने कहा, सुपरस्मेट्री में विकल्पों की एक अद्भुत राशि होती है, जिनमें से प्रत्येक एलएचसी पर प्रयोगों के संबंध में थोड़ा अलग अनुमान लगाती है। सिद्धांत रूप में, एटीएलएएस और सीएमएस के मौजूदा डेटा का उपयोग करके, आप यूरोपीय संघ के बारे में कुछ बयान दे सकते हैं जो किसी विशेष उप-वर्ग के विकल्प के लिए विशिष्ट नहीं हैं - लेकिन क्या आप ऐसे बयान कर सकते हैं जो यूरोपीय संघ के सिद्धांतों पर सभी (या बहुत बड़े वर्ग के लिए) लागू होते हैं? मेरे साथी और मैं हमारे वैज्ञानिक काम में इस सवाल का जवाब देते हैं ।

हमने दिखाया है कि इसका जवाब हां में होगा। यह "हां" थोड़ा सीमित है, क्योंकि कई छोटे तार्किक कमियां हैं, लेकिन मैं जोर देता हूं - छोटे वाले। 2012 की तुलना में, यह एक बड़ा सुधार है, क्योंकि उन खामियों के माध्यम से एक ट्रक का नेतृत्व करना संभव था। यहाँ हमारे तर्क हैं:

सबसे पहले, हम मानते हैं कि हम सुपरसिमेट्री के एक प्राकृतिक संस्करण के साथ काम कर रहे हैं, जिसमें यह आवश्यक है कि हिग्सिनो (हिग्स कणों के सैद्धांतिक सुपरपार्टर - सुपरसिममेट्री को हिग्स कणों की पांच किस्मों की आवश्यकता होती है) का द्रव्यमान 400 गीगावॉट / एस ² से अधिक न हो। और यह एक काफी रूढ़िवादी आवश्यकता है - अधिकांश यूरोपीय संघ के विकल्पों में कणों को बहुत हल्का करने की आवश्यकता होती है।

दूसरे, हम मानते हैं कि ग्लूइनोस (ग्लोन सुपरपार्टर) निम्नलिखित अर्थों में हमारे लिए उपलब्ध हैं: उनका द्रव्यमान 1400 GeV / s ² से अधिक नहीं है, और यह इतना छोटा है कि हम 2011-2012 में डेटा संग्रह के दौरान कई ऐसे कण प्राप्त कर सकते हैं ।

फिर हम निम्नलिखित नोट करते हैं: यदि, और कब, ग्लूइनोस प्रोटॉन टकरावों में एलएचसी पर प्राप्त किए जाएंगे, तो लगभग सभी यूरोपीय मॉडल में उपलब्ध ग्लूयनों के साथ एक या अधिक निम्न घटनाएं घटित होंगी:

• लापता पार्श्व गति। एक स्पष्ट संकेत जो टकरावों को देखने योग्य और अप्राप्य कणों का निर्माण करता है, और वे वेधशालाएं स्पष्ट रूप से बंद होती हैं जिन्हें हम नहीं देख सकते हैं।
• ऊपरी क्वार्क और एंटीकार्क्स: बल्कि भारी कण (ऊपरी क्वार्क का द्रव्यमान 175 GeV / s ² ) है, जो अक्सर एक इलेक्ट्रॉन या म्यूऑन, न्यूट्रिनो (बिना बोले जाने योग्य) और निचले क्वार्क (या एंटीपार्टिकल्स) में क्षय होता है।
• उच्च-ऊर्जा प्राथमिक कणों की एक बड़ी संख्या: क्वार्क, एंटीकार्क, ग्लून्स, लेप्टन, एंटीलिप्टन या फोटॉन। एक विशिष्ट संख्या 3 से 10 प्राथमिक कणों प्रति ग्लुइनो से है, और इसलिए एक प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्कर में 6 से 20 कणों से।

अंत में, हम बताते हैं कि इन सभी प्रायोगिक सुविधाओं की खोज एटीएलएएस और सीएमएस, दोनों पर कुशलतापूर्वक की गई है। पहले दो सुविधाओं की खोज इतनी सटीक है कि यूरोपीय संघ के मॉडल को याद करना लगभग असंभव है, जिसमें ग्लूइनो ऊपरी क्वार्क में बदल जाता है और एक लापता अनुप्रस्थ गति उत्पन्न होती है यदि ग्लुइनो का द्रव्यमान 1000 गीगा / एस ² से अधिक नहीं होता है, और कभी-कभी 1200 गीगा / एस ² तक पहुंच सकता है। यदि, ग्लुइनो के क्षय के दौरान, कई ऊपरी क्वार्क दिखाई देते हैं और व्यावहारिक रूप से कोई गायब अनुप्रस्थ गति नहीं है, लेकिन कई क्वार्क, एंटीकार्क और ग्लून्स हैं, तो ग्लुइनोस के द्रव्यमान पर प्रतिबंध कमज़ोर हैं - शायद लगभग 800 GeV / s ² , लेकिन आमतौर पर वे अभी भी हैं 1000 GeV / s ² के क्षेत्र में। हमने यह भी संकेत दिया कि इस अंतिम श्रेणी में ग्लूइनो के लिए आपकी खोज को कैसे बेहतर बनाया जाए।

टिप्पणियों का यह सेट यूरोपीय संघ के अधिकांश वेरिएंट को शामिल करता है जिसमें ग्लूइनो द्रव्यमान हमारे लिए सुलभ क्षेत्र में है, 1000 GeV / s ² के क्षेत्र में या तक। केवल भारी ग्लूइनो के साथ विकल्प, या ग्लूइनो के टूटने के साथ, जिसमें ऊपर वर्णित तीन संकेतों में से कोई भी मनाया नहीं जाता है, या अस्वाभाविक रूप से भारी हिग्सिनो के साथ यहां नहीं आते हैं। परिणाम नीचे दिए गए आंकड़े में संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है। सुपरसिमेट्री संस्करणों से तीन प्रमुख मान्यताओं के आधार पर पहले की सुपरसिमेट्री खोजों के विपरीत, क्या महत्वपूर्ण है, जो सबसे महत्वपूर्ण थे:

1. किसी भी प्रक्रिया में, सुपर पार्टनर की संख्या केवल एक सम संख्या से बदल सकती है।
2. सबसे हल्का सुपरपार्टनर (जो, पैरा 1 से निम्नानुसार है, स्थिर है) उस कण का सुपरपार्टर है जिसे हम जानते हैं (और, इसलिए, उपलब्ध डेटा के साथ संघर्ष से बचने के लिए, यह एक अनबॉर्सेबल न्यूट्रिनो या सिस्टीनो है)।
3. सुपरपार्टर्स, जो मजबूत परमाणु संबंधों के अधीन हैं, हमारे लिए ज्ञात कणों के अन्य सुपरपार्टर की तुलना में बहुत अधिक भारी हैं।

यदि हम इनमें से किसी भी या सभी मान्यताओं को अस्वीकार करते हैं तो भी हमारे परिणाम लागू होते हैं। इसके अलावा, हम यह नहीं मानते हैं कि सुपरसिमेट्री "न्यूनतम" है - अर्थात, हमें उन कणों के केवल सुपरपार्टर की खोज करनी होगी जिन्हें हम पहले से जानते हैं (और सुपरसिमेट्री द्वारा आवश्यक अतिरिक्त हिग्स कण)।


ऊर्ध्वाधर हिग्सिनो का द्रव्यमान है, क्षैतिज ग्लुइनो है। ग्राफ का शीर्ष अप्रिय अप्राकृतिक परिणाम है। नीचे बाईं ओर लगभग पूर्ण कवरेज है, फिर, 800 से 1000 GeV / s ² - कुछ ज्ञात अंतराल, फिर बड़े अंतराल, और फिर, 1400 GeV / s ^{2 से} - अनछुए क्षेत्र।

और इस संबंध में प्राकृतिक सुपरसिमेट्री की खोज कैसे हो सकती है? आप कह सकते हैं कि वे 3/4 समाप्त हैं। ग्लूइनो के बिना यूरोपीय संघ के विकल्पों के लिए, जो कि 2011-12 में प्राप्त किया जा सकता था, अन्य सुपरपार्टर कणों के लिए बहुत सारी खोजें की गईं - लेकिन, जैसा कि मेरे सहकर्मियों जेरेड इवांस और यूजीन काट्ज़ ने दिखाया है , अब तक इसे पूर्ण कवरेज नहीं कहा जा सकता है। उदाहरण के लिए, ऊपरी क्वार्कों के लिए ऊपरी साझीदार, सुपर पार्टनर के लिए कई खोजें थीं, लेकिन उनमें से प्रत्येक को कुछ धारणाएं बनानी थीं कि ऊपरी स्क्वार्स कैसे क्षय होते हैं। और इस तरह के टूटने के लिए, ऐसे अवसर हैं जो वर्तमान खोज विधियों के अधीन नहीं हैं। हिग्सिनो और अन्य समान सुपरपार्टर कणों के लिए भी यही सच है।

लगभग पूरी निश्चितता और बहुत छोटी खामियों के साथ यूरोपीय संघ को बाहर करना असंभव है जब तक कि एलएचसी ने 13 TeV की ऊर्जाओं पर प्रोटॉन टक्करों के साथ कुछ और वर्षों तक काम किया है - और यह काम केवल 2015 में शुरू होगा [2015 से 2017 तक, LHC ने वास्तव में काम किया इस परिकलित क्षमता के साथ, परिणाम वर्तमान में संसाधित / अनुमानित किए जा रहे हैं। ट्रांस।]। 2017 तक, हमें ऐसे डेटा प्राप्त करने होंगे जो लगभग 1600-1800 GeV / s ² तक ग्लूइनो द्रव्यमान के साथ लगभग सभी यूरोपीय संघ के संस्करणों को छोड़कर (यदि हम कोई विकल्प नहीं खोलते हैं, तो निश्चित रूप से)। तब तक, ऊपरी स्क्वार्क्स और हिग्सिनो पर प्रतिबंध भी अधिक मजबूत होंगे, और यह सुपरसेटरी के लिए बहुत कम जगह छोड़ देगा।

मैं अपने तर्क में दो कमियों का उल्लेख करना चाहता हूं। उनमें से सबसे बड़ी हमारी धारणा है कि ग्लूइन के क्षय के दौरान कोई नया लंबे समय तक रहने वाले कण या अन्य अजीब घटनाएं नहीं दिखाई देती हैं। इस तरह की क्षमताओं के लिए पूरी तरह से अलग तरह की रणनीतियों की आवश्यकता होती है, और इनका अध्ययन करना कठिन होता है कि यह पता लगाए बिना कि डिटेक्टर लंबे समय तक जीवित कणों को कैसे मापते हैं - यह विषय बल्कि जटिल है। कुछ प्रकार के लंबे समय तक रहने वाले कणों के लिए, मौजूदा खोज बहुत अच्छी तरह से अनुकूल हैं, दूसरों के लिए कोई खोज बिल्कुल नहीं की गई है - इसलिए इस विषय का कवरेज बहुत ही टुकड़ा है। इसके अलावा, हमने परिकल्पना की कि ग्लूइनो, हिग्सिनो, और छोटे द्रव्यमान के सभी कणों के द्रव्यमान बहुत संकीर्ण गैप / एस 2 वाइड के कई दसियों में नहीं हैं। इस तरह के एक मामले के लिए, हमारे द्वारा किए गए लोगों के अलावा विशेष उपायों की आवश्यकता होगी - हालांकि, यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि ईयू के भीतर घटनाओं का ऐसा विकास संभव है या नहीं। अंत में, सिद्धांत रूप में, कोई ग्लूइनो के ऐसे जटिल टूटने की कल्पना कर सकता है कि यह किसी भी आधुनिक खोज विधियों को भ्रमित कर देगा। क्या इस तरह के निर्णय मौजूद हो सकते हैं, एक अलग सैद्धांतिक अध्ययन का सवाल है। अन्य खामियां हो सकती हैं, लेकिन हम उन्हें काफी छोटा मानते हैं।

जो विशेषज्ञ नहीं हैं उनके लिए और क्या समझना महत्वपूर्ण है जब एटलस या सीएमएस प्रयोगकर्ताओं का कहना है कि "हमने एक्स की खोज पूरी कर ली है", जहां एक्स किसी प्रकार का एक घटना या विचार या विचार है, इसका मतलब यह नहीं है कि यह खोज यह वाई के लिए आवश्यक रूप से बेकार था, जहां वाई एक्स से बहुत अलग है। एक्सपेरिमेंट्स सुपरसिमेट्री की तलाश कर रहे हैं, न केवल इसलिए क्योंकि यह पाया जा सकता है, बल्कि इसलिए भी कि वे जो रणनीति का उपयोग करते हैं वह हमारे लिए और कुछ और खोल सकते हैं। और इसके विपरीत, कभी-कभी कुछ ऐसी चीज़ों की खोज करते हैं जो सुपरसिमेट्री से संबंधित नहीं होती हैं जो सुपरसिमेट्री के कुछ वेरिएंट की खोजों के लिए उपयोगी होती हैं।

सीधे शब्दों में कहें, भले ही आप ईमानदारी से मानते हैं कि एक्स मौजूद नहीं है, इसका मतलब यह नहीं है कि आपको यह मानने की आवश्यकता है कि एक्स की खोज समय की पूरी बर्बादी है। "सुपरसिमेट्री की तलाश में" या "अतिरिक्त आयाम" या कुछ और समय के लिए खोए हुए प्रयोगकर्ताओं की आलोचना करने की आवश्यकता नहीं है। वही खोज कई अन्य सिद्धांतों को खोजने या बाहर करने के लिए उपयोगी और आवश्यक हैं। उदाहरण के लिए, काम में हमने दिखाया कि अतिरिक्त स्थानिक आयामों के लिए एक निश्चित खोज (अधिक सटीक रूप से, सूक्ष्मदर्शी की खोज, तुरंत ब्लैक होल को वाष्पित करना) ग्लुइनो को नष्ट करने के सबसे उपयोगी तरीकों में से एक है, जिसके क्षय में कई क्षारीय कण दिखाई देते हैं।

अंत में, मैं यह सोचना चाहता हूं कि हमारे परिणाम यह समझने की दिशा में एक कदम आगे हैं कि एटीएलएएस और सीएमएस हमें कण भौतिकी के बारे में क्या बताते हैं, और भविष्य में खोजों का संचालन करना कैसे आवश्यक होगा। एक संभावित सबक यह होगा कि कई स्थितियों में एक सामान्य घटना के लिए छोटी संख्या में व्यापक और व्यापक खोज एक बहुत ही विशिष्ट घटना के लिए बहुत अधिक अनुकूलित और बहुत संकीर्ण खोजों की तुलना में अधिक प्रभावी होगी। बाद के मामले में, कई और छेद बने हुए हैं, और यदि वे एक खोज नहीं करते हैं, तो वे दुनिया के काम करने के तरीके के बारे में सामान्य और ठोस निष्कर्ष निकालने के मामले में पहले मामले की तुलना में कम उपयोगी नहीं हैं।