Supersimetri tidak dikonfirmasi oleh eksperimen, dan fisikawan mencari ide baru

Dalam percobaan di Large Hadron Collider, sebuah terowongan melingkar 26 km di Laboratorium CERN di Swiss, tempat proton berenergi tinggi bertabrakan, tidak ada tanda "fisika baru" yang diperoleh di luar Model Standar.

Mikhail Shifman , seorang fisikawan teori muda Moskow pada tahun 1982, dikejutkan oleh keanggunan teori baru yang disebut supersimetri, yang berusaha memasukkan partikel elementer yang dikenal dalam katalog partikel yang lebih komprehensif di alam semesta.

“Pekerjaan saya saat itu hanya bersinar dengan antusiasme,” kata Shifman, seorang profesor berusia 63 tahun di University of Minnesota. Selama beberapa dekade, ia dan ribuan fisikawan lainnya telah mengembangkan hipotesis supersimetri dengan keyakinan bahwa eksperimen akan mengonfirmasinya. "Tapi alam tidak membutuhkannya," katanya. "Setidaknya dalam bentuk asli dan sederhana."

Karena collider terbesar di dunia tidak dapat mendeteksi partikel yang harus ada menurut teori ini, Shifman bergabung dengan paduan suara para peneliti, mendesak rekan-rekannya untuk mengubah arah.


Mikhail Shifman

Dalam sebuah esai yang diterbitkan pada Oktober 2012, Shifman mendesak rekan-rekannya untuk meninggalkan jalan "mengembangkan modifikasi yang dibuat-buat dan secara estetika tidak menarik" supersimetri, yang bertujuan menjelaskan fakta bahwa versi-versi teori yang lebih sederhana tidak dikonfirmasikan melalui pengujian. Dia menulis bahwa saatnya telah tiba untuk "mulai berpikir dan mengembangkan ide-ide baru."

Tetapi tidak ada cukup bahan untuk bekerja. Sejauh ini, tidak ada petunjuk "fisika baru" di luar Model Standar - seperangkat persamaan yang diterima yang menggambarkan partikel elementer yang diketahui - telah muncul baik dalam percobaan LHC atau di tempat lain. (Boson Higgs yang baru ditemukan diprediksi oleh Model Standar). Tes tabrakan proton baru-baru ini di Kyoto, Jepang, mengecualikan kelas besar model supersimetri lainnya, dan teori "fisika baru" lainnya, karena mereka menemukan tidak ada yang tidak biasa dalam partikel yang membusuk.

"Tentu saja, ini mengecewakan," kata Shifman. "Kami bukan dewa; kami bukan nabi." Dengan tidak adanya petunjuk arah gerak dalam data eksperimen, bagaimana seseorang dapat menebak tentang sesuatu yang terjadi di alam? "

Fisikawan yang lebih muda mempelajari partikel menghadapi pilihan yang sulit: untuk mengikuti jalan yang dilalui selama beberapa dekade oleh guru mereka, dan untuk menciptakan versi supersimetri yang lebih canggih, atau untuk menempuh jalan mereka sendiri, tanpa arahan dari segala jenis data.

"Ini adalah pertanyaan sulit yang sebagian besar dari kita berusaha untuk belum menjawab," kata Adam Falkovsky, spesialis fisika partikel dari Paris-South XI University di Orsay, Prancis, yang bekerja di CERN. Dalam posting blog tentang uji coba Jepang, Falkovsky bercanda bahwa sudah waktunya untuk mencari pekerjaan di bidang neurologi.

"Ini sama sekali tidak menggembirakan," kata Stephen Martin, seorang spesialis dalam fisika energi tinggi di University of Northern Illinois, mengerjakan supersimetri, atau singkatnya, SUSY. - Saya tentu tidak percaya bahwa SUSY harus benar. Aku hanya tidak bisa memikirkan hal lain yang lebih baik. "

Supersimetri telah mendominasi fisika partikel selama beberapa dekade, dan telah mengesampingkan hampir semua teori fisika alternatif yang melampaui SM.

"Sulit untuk melebih-lebihkan kontribusi fisikawan kepada SUSY selama 20-30 tahun terakhir, sehingga kegagalannya akan berdampak besar pada area kami," kata Peter Woit, spesialis fisika dan matematika partikel di Universitas Columbia.

Teorinya menarik karena tiga alasan. Dia meramalkan keberadaan partikel-partikel di mana "materi gelap" dapat dikomposisikan, suatu zat yang tak terlihat yang menembus pinggiran galaksi. Ini menggabungkan tiga interaksi mendasar pada energi tinggi. Dan, keuntungan terbesar adalah bahwa ia memecahkan teka-teki fisika yang disebut "masalah hirarki ukur".

Teka-teki ini terkait dengan disproporsi gravitasi dan interaksi nuklir yang lemah, yaitu 100 juta triliun triliun (10 ³²) kali lebih kuat, dan bertindak dalam skala yang jauh lebih kecil, mengendalikan interaksi di dalam inti atom. Partikel yang mentransfer interaksi lemah, boson W dan Z, menerima massa dari medan Higgs, medan energi yang menghamili ruang. Tetapi tidak jelas mengapa energi medan Higgs, dan massa bos W dan Z, sangat kecil. Karena partikel lain terkait dengan medan Higgs, energi mereka harus dituangkan ke dalamnya pada saat fluktuasi kuantum. Ini akan sangat meningkatkan energi medan Higgs, membuat bos W dan Z lebih masif dan mengarah pada fakta bahwa interaksi yang lemah melemah ke tingkat gravitasi.



Supersimetri memecahkan masalah hierarki, dengan asumsi keberadaan superpartner kembar untuk setiap partikel elementer. Menurut teori, fermion yang membentuk materi memiliki bospart super yang mentransfer interaksi, dan boson yang ada memiliki superpartner fermion. Karena jenis-jenis partikel dan pasangan super mereka bertolak belakang, kontribusi energi mereka ke medan Higgs memiliki tanda-tanda yang berlawanan - yang satu meningkatkannya, yang kedua menguranginya. Kontribusi pasangan tersebut dimusnahkan bersama, dan tidak ada bencana yang terjadi. Dan sebagai bonus, salah satu mitra super yang belum ditemukan dapat menjadi bagian dari materi gelap.

"Supersimetri itu indah, dan dalam fisika kita membiarkan keindahan dan estetika seperti itu menuntun kita ke arah kebenaran," kata Brian Greene, ahli fisika teoretis di Universitas Columbia.

Seiring waktu, karena mitra super tidak muncul, supersimetri menjadi kurang indah. Menurut model populer, untuk menghindari deteksi, partikel superpartner harus jauh lebih berat daripada rekan-rekan mereka, dan bukannya simetri, sebuah cermin melengkung muncul. Fisikawan mengajukan sejumlah besar ide tentang bagaimana simetri dapat dipatahkan, dan melahirkan ribuan versi supersimetri.



Tetapi memecahkan supersimetri adalah masalah baru. "Semakin sulit membuat superpartner dibandingkan dengan partikel yang ada, semakin buruk pengecualian timbal balik dari tindakan mereka bekerja," jelas Martin.

Sebagian besar ahli fisika partikel pada 1980-an berpikir bahwa mitra super hanya akan sedikit lebih berat daripada partikel yang dikenal. Tetapi di Tevatron, sebuah akselerator di Fermilab, sekarang dihapus dari pekerjaan, tidak ada yang semacam itu ditemukan. Dan sementara LHC menguji energi yang semakin tinggi tanpa menemukan jejak partikel supersimetrik, beberapa fisikawan mengklaim bahwa teorinya sudah mati. "Saya pikir LHC adalah yang terakhir," kata Voight.

Saat ini, sebagian besar versi supersimetri yang berfungsi memprediksi pasangan super yang sangat berat sehingga mereka akan mengalahkan efek dari si kembar ringan mereka, jika bukan karena kehancuran pengaruh yang saling mempengaruhi antara mitra super yang berbeda. Tetapi penyesuaian halus yang dirancang untuk menetralisir masalah teori dan memecahkan masalah hierarki tidak menyenangkan bagi banyak orang. "Ini menunjukkan bahwa kita mungkin perlu melangkah mundur dan memikirkan masalah yang diciptakan SUSY," kata Shifman.

Beberapa ahli teori meledak, dan berpendapat bahwa, terlepas dari keindahan teori aslinya, kombinasi buruk partikel superpartner dan tetesan tweak dapat ada di alam. "Saya pikir itu akan menjadi kesalahan untuk fokus pada versi supersimetri yang populer," kata Matt Strassler, seorang ahli fisika partikel di Universitas Rutgers. "Kontes popularitas adalah indikator kebenaran yang tidak bisa diandalkan."


Adam Falkovsky

Dalam model SUSY yang kurang populer, mitra super teringan hanya melihat LHC. Dalam model lain, superpartner tidak lebih berat dari partikel yang ada, tetapi kurang stabil, membuatnya lebih sulit untuk dideteksi. Teori-teori ini akan terus diuji pada LHC setelah peningkatan.

Jika mereka tidak menemukan sesuatu yang baru - dan mereka berbicara tentang perkembangan peristiwa seperti "skenario mimpi buruk" - fisikawan masih akan memiliki celah yang sama yang membingungkan mereka dengan seluruh gambar Semesta tiga dekade lalu, sebelum supersimetri dengan rapi menutupnya. Dan dengan tidak adanya collider energi yang lebih tinggi, kata Falkovsky, area ini perlahan akan menurun. "Jumlah pekerjaan dalam fisika partikel akan turun, dan fisikawan partikel akan mati secara alami."

Hijau lebih optimis. "Sains adalah acara penyesuaian diri," katanya. "Gagasan yang salah mencabut dari waktu ke waktu karena gagasan itu mandul, atau karena mengarah ke jalan buntu." Dan ini terjadi di dalam area. Dan orang-orang terus bekerja pada apa yang membuat mereka terpesona, dan sains semakin beringsut mendekati kebenaran. ”

Source: https://habr.com/ru/post/id397363/