განვითარების მეთოდები

ნაწილაკების მოდელებით წარმოდგენილი ფიზიკური სისტემების მაგალითები. ფუნდამენტური ურთიერთქმედების სტანდარტული მოდელი. დახურვა და გახსნა

მეცნიერთა ჯგუფის ბოლო აღმოჩენამ ხოაკიმ მათიასის ხელმძღვანელობით პირველად სერიოზულად შეარყია თანამედროვე ნაწილაკების ფიზიკის, კერძოდ, სტანდარტული მოდელის საფუძველი. მკვლევარებმა მოახერხეს B-მეზონის ნაწილაკების დაშლის არასტანდარტული ვარიანტის პროგნოზირება, რასაც ეს მოდელი არ ითვალისწინებს. უფრო მეტიც, მათი ვარაუდები თითქმის მაშინვე დადასტურდა ექსპერიმენტულად.

უნდა აღინიშნოს, რომ ბოლო წლებში ელემენტარული ნაწილაკების შესწავლით ჩართული ფიზიკოსები სულ უფრო ხშირად ამბობენ, რომ ეს დისციპლინა უკვე ძალიან მცირე გახდა ყველასთვის ნაცნობი სტანდარტული მოდელის ფარგლებში. მართლაც, უკვე დარეგისტრირებულია მრავალი ფენომენი, რომლის ახსნაც მის ფარგლებში ძნელია. მაგალითად, ამ მოდელს არ შეუძლია წინასწარ განსაზღვროს რომელი ნაწილაკები შეიძლება შეადგინონ ბნელი მატერია და ასევე არ პასუხობს კითხვას, რომელიც დიდი ხანია აწუხებს მეცნიერებს - რატომ არის ჩვენს სამყაროში უფრო მეტი მატერია, ვიდრე ანტიმატერია (ბარიონის ასიმეტრია). და ბირთვების ცივი ტრანსმუტაციის პროცესის ერზიონური ინტერპრეტაცია, რომლის შესახებაც ჩვენ დავწერეთ არც ისე დიდი ხნის წინ, ასევე სცილდება იმავე სტანდარტული მოდელის "მოქმედებას".

მიუხედავად ამისა, ფიზიკოსთა უმეტესობა მაინც იცავს ელემენტარული ნაწილაკების იდუმალი ცხოვრების ახსნის ამ კონკრეტულ ხერხს. ნაწილობრივ იმის გამო, რომ ჯერჯერობით არავის არაფერი შეუქმნია უკეთესი, ნაწილობრივ იმიტომ, რომ სტანდარტული მოდელის პროგნოზების უმეტესობას ჯერ კიდევ აქვს ექსპერიმენტული დადასტურება (რაც არ შეიძლება ითქვას ალტერნატიულ ჰიპოთეზებზე). უფრო მეტიც, ბოლო დრომდე, ექსპერიმენტებში ამ მოდელისგან სერიოზული გადახრები ვერ იქნა ნაპოვნი. თუმცა, როგორც ჩანს, ეს არც ისე დიდი ხნის წინ მომხდარა. ეს შეიძლება ნიშნავდეს ნაწილაკების ფიზიკის სრულიად ახალი თეორიის დაბადებას, რომელშიც არსებული სტანდარტული მოდელი გამოიყურებოდეს განსაკუთრებულ შემთხვევას, ისევე როგორც ნიუტონის უნივერსალური გრავიტაციის თეორია ჰგავს გრავიტაციის სპეციალურ შემთხვევას ზოგადი ფარდობითობის ფარგლებში.

ყველაფერი იმით დაიწყო, რომ ფიზიკოსთა საერთაშორისო ჯგუფმა ხოაკიმ მათიასის ხელმძღვანელობით რამდენიმე პროგნოზი გააკეთა იმის შესახებ, თუ რა სახის გადახრები B-მეზონის დაშლის ალბათობაში შეიძლება განსხვავდებოდეს სტანდარტული მოდელისგან და მიუთითებდეს ახალ ფიზიკაზე. შეგახსენებთ, რომ B-მეზონი არის ნაწილაკი, რომელიც შედგება b-კვარკისა და d-ანტიკვარკისგან. სტანდარტული მოდელის დებულებების მიხედვით, ამ ნაწილაკს შეუძლია დაიშალა მიონად (უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკი, სინამდვილეში ძალიან მძიმე ელექტრონი) და ანტიმუონად, თუმცა ასეთი მოვლენის ალბათობა არც თუ ისე მაღალია. თუმცა, გასულ წელს კიოტოში გამართულ კონფერენციაზე ფიზიკოსებმა, რომლებიც მუშაობდნენ დიდ ადრონულ კოლაიდერზე, განაცხადეს, რომ მათ შეძლეს ჩაეწერათ ასეთი დაშლის კვალი (და იმ ალბათობით, რაც თეორიულად იყო ნაწინასწარმეტყველები).

მათიასის ჯგუფმა ჩათვალა, რომ ეს მეზონი გარკვეულწილად სხვაგვარად უნდა დაიშალა - მიონების წყვილად და ჯერჯერობით უცნობ ნაწილაკად K *, რომელიც თითქმის მაშინვე იშლება კაონად და პიონად (ორი მსუბუქი მეზონი). აღსანიშნავია, რომ მეცნიერებმა თავიანთი კვლევის შედეგები 19 ივლისს ევროპული ფიზიკური საზოგადოების შეხვედრაზე განაცხადეს და შემდეგი მომხსენებელი მათგან, ვინც ამ ღონისძიებაზე ისაუბრა (ეს იყო ფიზიკოსი ნიკოლას სერა LHCb თანამშრომლობიდან დიდი ჰადრონიდან. Collider) იტყობინება, რომ მისმა ჯგუფმა მოახერხა ასეთი ავარიების კვალის დაფიქსირება. უფრო მეტიც, Serra ჯგუფის ექსპერიმენტული შედეგები თითქმის მთლიანად დაემთხვა დოქტორ მათიასისა და მისი თანაავტორების მოხსენებაში ნაწინასწარმეტყველებ გადახრებს!

საინტერესოა, რომ ფიზიკოსები ამ შედეგებს აფასებენ 4,5σ სტატისტიკური მნიშვნელობით, რაც ნიშნავს, რომ აღწერილი მოვლენის სანდოობა ძალიან, ძალიან მაღალია. შეგახსენებთ, რომ სამი σ-ის ექსპერიმენტული მტკიცებულება ითვლება მნიშვნელოვანი მნიშვნელობის შედეგებად, ხოლო ხუთი σ ითვლება კარგად დადასტურებულ აღმოჩენად - ეს არის მნიშვნელოვნების მნიშვნელობა, რომელიც მიენიჭა გასული წლის ექსპერიმენტების შედეგებს, რომლებმაც საბოლოოდ იპოვეს კვალი. ჰიგსის ბოზონის არსებობის შესახებ.

მიუხედავად ამისა, თავად დოქტორი მათიასი თვლის, რომ დასკვნების გამოტანა ჯერ არ უნდა იჩქარო. „ამ შედეგების დასადასტურებლად საჭირო იქნება დამატებითი თეორიული კვლევები, ასევე ახალი გაზომვები. თუმცა, თუ ჩვენი დასკვნები მართლაც სწორია, პირველი პირდაპირი დადასტურების წინაშე აღმოვჩნდებით ახალი ფიზიკის არსებობის შესახებ - თეორია უფრო ზოგადი ვიდრე ზოგადად. მიღებული სტანდარტული მოდელი თუ ჰიგსის ბოზონმა საბოლოოდ დაუშვა სტანდარტული მოდელის თავსატეხი, ეს შედეგები შეიძლება იყოს ახალი თავსატეხის პირველი ნაწილი - ბევრად უფრო დიდი“, - ამბობს მეცნიერი.

სტანდარტული მოდელიარის ელემენტარული ნაწილაკების სტრუქტურისა და ურთიერთქმედების თანამედროვე თეორია, რომელიც არაერთხელ დამოწმებულია ექსპერიმენტულად. ეს თეორია ეფუძნება პოსტულატების ძალიან მცირე რაოდენობას და საშუალებას გაძლევთ თეორიულად იწინასწარმეტყველოთ ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში ათასობით სხვადასხვა პროცესის თვისებები. შემთხვევების აბსოლუტურ უმრავლესობაში, ეს პროგნოზები დასტურდება ექსპერიმენტით, ზოგჯერ განსაკუთრებული სიზუსტით, და ის იშვიათი შემთხვევები, როდესაც სტანდარტული მოდელის პროგნოზები არ ეთანხმება გამოცდილებას, მწვავე დებატების საგანი ხდება.

სტანდარტული მოდელი არის ზღვარი, რომელიც ჰყოფს საიმედოდ ცნობილს ჰიპოთეტურისაგან ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში. მიუხედავად მისი შთამბეჭდავი წარმატებისა ექსპერიმენტების აღწერისას, სტანდარტული მოდელი არ შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტარული ნაწილაკების საბოლოო თეორიად. ფიზიკოსები ამაში დარწმუნებულნი არიან ის მიკროსამყაროს სტრუქტურის უფრო ღრმა თეორიის ნაწილი უნდა იყოს. რა სახის თეორიაა ეს ჯერ უცნობია. თეორეტიკოსებმა შეიმუშავეს უამრავი კანდიდატი ასეთი თეორიისთვის, მაგრამ მხოლოდ ექსპერიმენტმა უნდა აჩვენოს, რომელი მათგანი შეესაბამება რეალურ სიტუაციას, რომელიც განვითარდა ჩვენს სამყაროში. სწორედ ამიტომ ფიზიკოსები დაჟინებით ეძებენ რაიმე გადახრებს სტანდარტული მოდელიდან, ნებისმიერ ნაწილაკებს, ძალებს ან ეფექტებს, რომლებიც არ არის პროგნოზირებული სტანდარტული მოდელის მიერ. ყველა ამ ფენომენს მეცნიერები ერთობლივად უწოდებენ "ახალ ფიზიკას"; ზუსტად ახალი ფიზიკის ძიება და არის დიდი ადრონული კოლაიდერის მთავარი ამოცანა.

სტანდარტული მოდელის ძირითადი კომპონენტები

სტანდარტული მოდელის სამუშაო ინსტრუმენტია ველის კვანტური თეორია - თეორია, რომელიც ცვლის კვანტურ მექანიკას სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით. მასში მთავარი ობიექტები არ არის ნაწილაკები, როგორც კლასიკურ მექანიკაში, და არა "ნაწილაკების ტალღები", როგორც კვანტურ მექანიკაში, არამედ კვანტური ველები: ელექტრონული, მიონური, ელექტრომაგნიტური, კვარკი და ა.შ. - თითო "მიკროსამყაროს ერთეულების" თითოეული სახეობისთვის.

როგორც ვაკუუმი, ასევე ის, რასაც ჩვენ აღვიქვამთ, როგორც ცალკეულ ნაწილაკებს, და უფრო რთულ წარმონაქმნებს, რომლებიც არ შეიძლება შემცირდეს ცალკეულ ნაწილაკებად - ეს ყველაფერი აღწერილია, როგორც ველების სხვადასხვა მდგომარეობა. როდესაც ფიზიკოსები იყენებენ სიტყვას "ნაწილაკი", ისინი რეალურად გულისხმობენ ველების ამ მდგომარეობას და არა ცალკეულ წერტილოვან ობიექტებს.

სტანდარტული მოდელი მოიცავს შემდეგ ძირითად ინგრედიენტებს:

მატერიის ფუნდამენტური "აგურის" ნაკრები - ექვსი სახის ლეპტონი და ექვსი სახის კვარკი. ყველა ეს ნაწილაკი არის სპინი 1/2 ფერმიონი და ძალიან ბუნებრივად ორგანიზებას უკეთებს სამ თაობას. მრავალი ჰადრონები - რთული ნაწილაკები, რომლებიც მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებაში - შედგება კვარკებისგან სხვადასხვა კომბინაციებში.
სამი სახის ძალებიმოქმედებს ფუნდამენტურ ფერმიონებს შორის - ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი. სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ერთი და იგივეს ორი მხარეა ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება. ძლიერი ძალა ცალკე დგას და სწორედ ეს ძალა აკავშირებს კვარკებს ჰადრონებად.
ყველა ეს ძალა აღწერილია საფუძველზე ლიანდაგის პრინციპი- ისინი თეორიაში არ არის შეყვანილი „იძულებით“, მაგრამ, როგორც ჩანს, თავისთავად წარმოიქმნება იმ მოთხოვნის შედეგად, რომ თეორია იყოს სიმეტრიული გარკვეული გარდაქმნების მიმართ. სიმეტრიის ცალკეული ტიპები წარმოშობს ძლიერ და ელექტროსუსტ ურთიერთქმედებებს.
მიუხედავად იმისა, რომ თავად თეორიაში არის ელექტროსუსტი სიმეტრია, ჩვენს სამყაროში ის სპონტანურად ირღვევა. ელექტროსუსტი სიმეტრიის სპონტანური დარღვევა- თეორიის აუცილებელი ელემენტია და სტანდარტული მოდელის ფარგლებში დარღვევა ხდება ჰიგსის მექანიზმის გამო.
რიცხვითი მნიშვნელობები დაახლოებით ორი ათეული მუდმივი: ეს არის ფუნდამენტური ფერმიონების მასები, ურთიერთქმედების დაწყვილების მუდმივების რიცხვითი მნიშვნელობები, რომლებიც ახასიათებს მათ სიძლიერეს და ზოგიერთი სხვა რაოდენობა. ყველა მათგანი ერთხელ და სამუდამოდ არის ამოღებული გამოცდილებასთან შედარებით და აღარ არის მორგებული შემდგომი გამოთვლებით.

გარდა ამისა, სტანდარტული მოდელი არის რენორმალიზებადი თეორია, ანუ ყველა ეს ელემენტი მასში შედის ისეთი თვითშეთანხმებული გზით, რომ, პრინციპში, საშუალებას იძლევა გამოთვლები განხორციელდეს საჭირო სიზუსტით. თუმცა, ხშირად სასურველი ხარისხის სიზუსტით გამოთვლები აუტანლად რთული აღმოჩნდება, მაგრამ ეს არ არის თავად თეორიის პრობლემა, არამედ ჩვენი გამოთვლითი შესაძლებლობების.

რისი გაკეთება შეუძლია სტანდარტულ მოდელს და არ შეუძლია

სტანდარტული მოდელი, მრავალი თვალსაზრისით, აღწერითი თეორიაა. ის არ იძლევა პასუხს ბევრ კითხვაზე, რომელიც იწყება „რატომ“-ით: რატომ არის ამდენი ნაწილაკი და ზუსტად ეს? საიდან გაჩნდა ეს ურთიერთქმედება და ზუსტად ასეთ თვისებებთან? რატომ დასჭირდა ბუნებას ფერმიონების სამი თაობის შექმნა? რატომ არის პარამეტრების რიცხვითი მნიშვნელობები ზუსტად იგივე? გარდა ამისა, სტანდარტულ მოდელს არ შეუძლია ბუნებაში დაფიქსირებული ზოგიერთი ფენომენის აღწერა. კერძოდ, მას არ აქვს ადგილი ნეიტრინოს მასებისა და ბნელი მატერიის ნაწილაკებისთვის. სტანდარტული მოდელი არ ითვალისწინებს გრავიტაციას და არ არის ცნობილი, რა ბედი ეწევა ამ თეორიას პლანკის ენერგიების სკალაზე, როდესაც გრავიტაცია უაღრესად მნიშვნელოვანი ხდება.

თუმცა, თუ სტანდარტული მოდელი გამოიყენება მისი დანიშნულებისამებრ, ელემენტარული ნაწილაკების შეჯახების შედეგების პროგნოზირებისთვის, მაშინ ის საშუალებას აძლევს, კონკრეტული პროცესიდან გამომდინარე, განახორციელოს გამოთვლები სხვადასხვა ხარისხის სიზუსტით.

ელექტრომაგნიტური ფენომენებისთვის (ელექტრონების გაფანტვა, ენერგიის დონეები) სიზუსტე შეიძლება მიაღწიოს ნაწილებს მილიონზე ან უფრო მეტს. აქ რეკორდს იკავებს ელექტრონის ანომალიური მაგნიტური მომენტი, რომელიც გამოითვლება მილიარდზე უკეთესი სიზუსტით.
ბევრი მაღალი ენერგიის პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების გამო, გამოითვლება პროცენტზე უკეთესი სიზუსტით.
ყველაზე ცუდი არის ძლიერი ურთიერთქმედება არც თუ ისე მაღალ ენერგიებზე. ასეთი პროცესების გაანგარიშების სიზუსტე მნიშვნელოვნად განსხვავდება: ზოგიერთ შემთხვევაში მას შეუძლია მიაღწიოს პროცენტს, ზოგ შემთხვევაში სხვადასხვა თეორიულ მიდგომას შეუძლია რამდენჯერმე განსხვავებული პასუხის გაცემა.

ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ის ფაქტი, რომ ზოგიერთი პროცესის გამოთვლა რთულია საჭირო სიზუსტით, არ ნიშნავს, რომ „თეორია ცუდია“. უბრალოდ, ეს ძალიან რთულია და დღევანდელი მათემატიკური ტექნიკა ჯერ კიდევ არ არის საკმარისი მისი ყველა შედეგის დასადგენად. კერძოდ, ათასწლეულის ერთ-ერთი ცნობილი მათემატიკური პრობლემა ეხება კვანტურ თეორიაში ჩაკეტვის პრობლემას არააბელიური ლიანდაგის ურთიერთქმედებით.

დამატებითი ლიტერატურა:

ძირითადი ინფორმაცია ჰიგსის მექანიზმის შესახებ შეგიძლიათ იხილოთ L.B. Okun-ის წიგნში "ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა" (სიტყვებისა და სურათების დონეზე) და "ლეპტონები და კვარკები" (სერიოზულ, მაგრამ ხელმისაწვდომ დონეზე).

„ჩვენ გვაინტერესებს, რატომ მიუძღვნიან ნიჭიერი და თავდადებული ადამიანების ჯგუფი სიცოცხლეს ისეთი პაწაწინა საგნების დევნას, რომ მათი დანახვაც კი შეუძლებელია? სინამდვილეში, ნაწილაკების ფიზიკოსების კლასებში ვლინდება ადამიანის ცნობისმოყვარეობა და სურვილი, გაარკვიონ, როგორ მუშაობს სამყარო, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ. ” შონ კეროლი

თუ ჯერ კიდევ გეშინიათ ფრაზა კვანტური მექანიკის და ჯერ კიდევ არ იცით რა არის სტანდარტული მოდელი - მოგესალმებით კატა. ჩემს პუბლიკაციაში ვეცდები რაც შეიძლება მარტივად და ნათლად ავხსნა კვანტური სამყაროს საფუძვლები, ასევე ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა. ჩვენ შევეცდებით გაერკვნენ, რა არის ძირითადი განსხვავებები ფერმიონებსა და ბოზონებს შორის, რატომ აქვთ კვარკებს ასეთი უცნაური სახელები და ბოლოს, რატომ სურდა ყველას ჰიგსის ბოზონის პოვნა.

რისგან ვართ შექმნილი?

კარგად, ჩვენ დავიწყებთ ჩვენს მოგზაურობას მიკროსამყაროში მარტივი კითხვით: რისგან შედგება ჩვენს გარშემო არსებული ობიექტები? ჩვენი სამყარო, როგორც სახლი, შედგება მრავალი პატარა აგურისგან, რომლებიც, განსაკუთრებული გაერთიანების შემთხვევაში, ქმნის რაღაც ახალს, არა მხოლოდ გარეგნულად, არამედ მათი თვისებებითაც. სინამდვილეში, თუ მათ ყურადღებით დააკვირდებით, აღმოაჩენთ, რომ არ არსებობს ამდენი განსხვავებული ტიპის ბლოკები, უბრალოდ, ყოველ ჯერზე ისინი ერთმანეთს უკავშირდებიან სხვადასხვა გზით, ქმნიან ახალ ფორმებსა და ფენომენებს. თითოეული ბლოკი არის განუყოფელი ელემენტარული ნაწილაკი, რომელიც ჩემს მოთხრობაში იქნება განხილული.

მაგალითად, ავიღოთ რაიმე ნივთიერება, ეს იყოს მენდელეევის პერიოდული სისტემის მეორე ელემენტი, ინერტული აირი, ჰელიუმი. სამყაროს სხვა ნივთიერებების მსგავსად, ჰელიუმი შედგება მოლეკულებისგან, რომლებიც, თავის მხრივ, წარმოიქმნება ატომებს შორის კავშირებით. მაგრამ ამ შემთხვევაში, ჩვენთვის ჰელიუმი ცოტათი განსაკუთრებულია, რადგან ის მხოლოდ ერთი ატომია.

რისგან შედგება ატომი?

ჰელიუმის ატომი, თავის მხრივ, შედგება ორი ნეიტრონისა და ორი პროტონისაგან, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვს, რომლის გარშემოც ორი ელექტრონი ბრუნავს. ყველაზე საინტერესო ის არის, რომ აქ ერთადერთი აბსოლუტურად განუყოფელია ელექტრონი.

კვანტური სამყაროს საინტერესო მომენტი

Როგორ ნაკლებიელემენტარული ნაწილაკების მასა, ა მეტიის ადგილს იკავებს. სწორედ ამ მიზეზით ხდება, რომ ელექტრონები, რომლებიც პროტონზე 2000-ჯერ მსუბუქია, გაცილებით მეტ ადგილს იკავებს, ვიდრე ატომის ბირთვი.

ნეიტრონები და პროტონები მიეკუთვნებიან ჯგუფს ე.წ ჰადრონები(ნაწილაკები ექვემდებარება ძლიერ ურთიერთქმედებას), და კიდევ უფრო ზუსტად, ბარიონები.

ჰადრონები შეიძლება დაიყოს ჯგუფებად
ბარიონები, რომლებიც შედგება სამი კვარკისგან

მეზონები, რომლებიც შედგება წყვილისაგან: ნაწილაკი-ანტინაწილაკი

ნეიტრონი, როგორც მისი სახელი გულისხმობს, ნეიტრალურად დამუხტულია და შეიძლება დაიყოს ორ ქვევით და ერთ კვარკად. პროტონი, დადებითად დამუხტული ნაწილაკი, იყოფა ერთ ქვემოთ და ორ კვარკად.

კი, კი, არ ვხუმრობ, მართლა ზემო და ქვედა ეძახიან. როგორც ჩანს, თუ აღმოვაჩინეთ ზედა და ქვედა კვარკები და ელექტრონიც კი, მათი დახმარებით შევძლებდით მთელი სამყაროს აღწერას. მაგრამ ეს განცხადება ძალიან შორს იქნება სიმართლისგან.

მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ნაწილაკები როგორღაც უნდა იმოქმედონ ერთმანეთთან. თუ სამყარო შედგებოდა მხოლოდ ამ სამისგან (ნეიტრონი, პროტონი და ელექტრონი), მაშინ ნაწილაკები უბრალოდ გაფრინდნენ სივრცის უზარმაზარ სივრცეში და არასოდეს შეიკრიბებოდნენ უფრო დიდ წარმონაქმნებში, როგორიცაა ჰადრონები.

ფერმიონები და ბოზონები

საკმაოდ დიდი ხნის წინ, მეცნიერებმა გამოიგონეს ელემენტარული ნაწილაკების წარმოდგენის მოსახერხებელი და ლაკონური ფორმა, რომელსაც სტანდარტული მოდელი ეწოდა. გამოდის, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი იყოფა ფერმიონები, რომლისგანაც მთელი მატერია შედგება და ბოზონები, რომლებიც ატარებენ სხვადასხვა სახის ურთიერთქმედებას ფერმიონებს შორის.

განსხვავება ამ ჯგუფებს შორის ძალიან ნათელია. ფაქტია, რომ კვანტური სამყაროს კანონების მიხედვით, ფერმიონებს ჭირდებათ გარკვეული სივრცე გადარჩენისთვის, ხოლო მათ კოლეგებს, ბოზონებს, შეუძლიათ ადვილად იცხოვრონ ერთმანეთის თავზე ტრილიონებში.

ფერმიონები

ფერმიონთა ჯგუფი, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ქმნის ხილულ მატერიას ჩვენს ირგვლივ. რასაც ჩვენ ვხედავთ, ყველგან, იქმნება ფერმიონები. ფერმიონები იყოფა კვარკები, რომლებიც მჭიდროდ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და არიან მოქცეულნი უფრო რთულ ნაწილაკებში, როგორიცაა ჰადრონები და ლეპტონები, რომლებიც თავისუფლად არსებობენ სივრცეში მათი კოლეგებისგან დამოუკიდებლად.

კვარკებიიყოფა ორ ჯგუფად.

ყველაზე ტიპი. ზევით კვარკები, მუხტით +23, მოიცავს: up, ხიბლი და ნამდვილი კვარკები
ქვედა ტიპი. დაუნის ტიპის კვარკები, მუხტით -13, მოიცავს: დაუნის, უცნაურ და ხიბლის კვარკებს.

ჭეშმარიტი და საყვარელი ყველაზე დიდი კვარკებია, ხოლო ზევით და ქვევით ყველაზე პატარა. რატომ დაარქვეს კვარკებს ასეთი უჩვეულო სახელები და უფრო სწორად, „არომატები“, დღემდე მეცნიერთა კამათის საგანია.

ლეპტონებიასევე იყოფა ორ ჯგუფად.

პირველ ჯგუფში, მუხტით "-1", შედის: ელექტრონი, მიონი (უფრო მძიმე ნაწილაკი) და ტაუს ნაწილაკი (ყველაზე მასიური)
მეორე ჯგუფი, ნეიტრალური მუხტით, შეიცავს: ელექტრონულ ნეიტრინოს, მუონური ნეიტრინოს და ტაუ ნეიტრინოს.

ნეიტრინო არის მატერიის მცირე ნაწილაკი, რომლის აღმოჩენა თითქმის შეუძლებელია. მისი დატენვა ყოველთვის არის 0.

ჩნდება კითხვა, იპოვიან თუ არა ფიზიკოსები ნაწილაკების კიდევ რამდენიმე თაობას, რომლებიც წინა ნაწილებთან შედარებით უფრო მასიური იქნება. ძნელია პასუხის გაცემა, მაგრამ თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ლეპტონებისა და კვარკების თაობები შემოიფარგლება სამით.

ვერ პოულობ რაიმე მსგავსებას? ორივე კვარკები და ლეპტონები იყოფა ორ ჯგუფად, რომლებიც განსხვავდებიან ერთმანეთისგან პასუხისმგებელი ერთეულით? მაგრამ ამაზე მოგვიანებით...

ბოზონები

მათ გარეშე ფერმიონები სამყაროს ირგვლივ უწყვეტი ნაკადით დაფრინავდნენ. მაგრამ ბოზონების გაცვლისას, ფერმიონები ერთმანეთს ეუბნებიან რაიმე სახის ურთიერთქმედებას. თავად ბოზონები არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან.

ბოზონების მიერ გადაცემული ურთიერთქმედება არის:

ელექტრომაგნიტური, ნაწილაკები - ფოტონები. ეს უმასო ნაწილაკები სინათლეს გადასცემენ.
ძლიერი ბირთვული, ნაწილაკები გლუონებია. მათი დახმარებით, კვარკები ატომის ბირთვიდან არ იშლება ცალკეულ ნაწილაკებად.
სუსტი ბირთვული, ნაწილაკები - W და Z ბოზონები. მათი დახმარებით ფერმიონები გადადის მასით, ენერგიით და შეუძლიათ ერთმანეთში გადაქცევა.
გრავიტაციული ნაწილაკები - გრავიტონები. უკიდურესად სუსტი ძალა მიკროკოსმოსის მასშტაბით. ხილული ხდება მხოლოდ სუპერმასიურ სხეულებზე.

დათქმა გრავიტაციული ურთიერთქმედების შესახებ.
გრავიტონების არსებობა ექსპერიმენტულად ჯერ არ არის დადასტურებული. ისინი მხოლოდ თეორიული ვერსიის სახით არსებობენ. სტანდარტულ მოდელში, უმეტეს შემთხვევაში, ისინი არ განიხილება.

ესე იგი, სტანდარტული მოდელი აწყობილია.

უბედურება ახლახან დაიწყო

დიაგრამაში ნაწილაკების ძალიან ლამაზი წარმოდგენის მიუხედავად, რჩება ორი კითხვა. სად იღებენ ნაწილაკები მათ მასას და რა არის ჰიგსის ბოზონი, რომელიც გამოირჩევა დანარჩენი ბოზონებისგან.

იმისათვის, რომ გავიგოთ ჰიგსის ბოზონის გამოყენების იდეა, უნდა მივმართოთ ველის კვანტურ თეორიას. მარტივი სიტყვებით, შეიძლება ითქვას, რომ მთელი სამყარო, მთელი სამყარო, შედგება არა უმცირესი ნაწილაკებისგან, არამედ მრავალი განსხვავებული ველისაგან: გლუონი, კვარკი, ელექტრონული, ელექტრომაგნიტური და ა.შ. ყველა ამ სფეროში მუდმივად ხდება უმნიშვნელო რყევები. მაგრამ მათგან ყველაზე ძლიერს ელემენტარულ ნაწილაკებად აღვიქვამთ. დიახ, და ეს თეზისი ძალიან საკამათოა. კორპუსკულურ-ტალღური დუალიზმის თვალსაზრისით, მიკროკოსმოსის ერთი და იგივე ობიექტი სხვადასხვა სიტუაციებში იქცევა ტალღის მსგავსად, ზოგჯერ ელემენტარული ნაწილაკის მსგავსად, ეს დამოკიდებულია მხოლოდ იმაზე, თუ რამდენად მოსახერხებელია პროცესის დამკვირვებელი ფიზიკოსისთვის სიტუაციის მოდელირება. .

ჰიგსის ველი

გამოდის, რომ არსებობს ეგრეთ წოდებული ჰიგსის ველი, რომლის საშუალო მაჩვენებელი ნულამდე არ უნდა იყოს. შედეგად, ეს ველი ცდილობს მიიღოს რაღაც მუდმივი არა-ნულოვანი მნიშვნელობა მთელ სამყაროში. ველი ქმნის ყველგანმყოფ და მუდმივ ფონს, რის შედეგადაც ძლიერი რყევების შედეგად ჩნდება ჰიგსის ბოზონი.
და სწორედ ჰიგსის ველის წყალობითაა ნაწილაკები მასით დაჯილდოვებული.
ელემენტარული ნაწილაკის მასა დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად ძლიერად ურთიერთქმედებს იგი ჰიგსის ველთანმუდმივად დაფრინავს მასში.
და სწორედ ჰიგსის ბოზონის და უფრო კონკრეტულად მისი ველის გამოა, რომ სტანდარტულ მოდელს აქვს ნაწილაკების ამდენი მსგავსი ჯგუფი. ჰიგსის ველმა აიძულა მრავალი დამატებითი ნაწილაკის შექმნა, როგორიცაა ნეიტრინო.

შედეგები

რაც მე მითხრეს არის სტანდარტული მოდელის ბუნების ყველაზე ზედაპირული გაგება და რატომ გვჭირდება ჰიგსის ბოზონი. ზოგიერთი მეცნიერი მაინც იმედოვნებს, რომ 2012 წელს ნაპოვნი ნაწილაკი, რომელიც LHC-ში ჰიგსის ბოზონს ჰგავს, მხოლოდ სტატისტიკური შეცდომა იყო. ბოლოს და ბოლოს, ჰიგსის ველი არღვევს ბუნების ბევრ მშვენიერ სიმეტრიას, რაც ფიზიკოსების გამოთვლებს უფრო დამაბნეველს ხდის.
ზოგიერთს სჯერა, რომ სტანდარტული მოდელი თავისი არასრულყოფილების გამო ბოლო წლებს ცხოვრობს. მაგრამ ეს არ არის ექსპერიმენტულად დადასტურებული და ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი რჩება ადამიანის აზროვნების გენიალურობის ნამდვილ მაგალითად.

ნაწილაკების ფიზიკის თანამედროვე გაგება შეიცავს ე.წ სტანდარტული მოდელი . ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი (SM) ეფუძნება კვანტურ ელექტროდინამიკას, კვანტურ ქრომოდინამიკას და კვარკ-პარტონის მოდელს.
კვანტური ელექტროდინამიკა (QED) - მაღალი სიზუსტის თეორია - აღწერს ელექტრომაგნიტური ძალების გავლენის ქვეშ მიმდინარე პროცესებს, რომლებიც შესწავლილია მაღალი სიზუსტით.
კვანტური ქრომოდინამიკა (QCD), რომელიც აღწერს ძლიერი ურთიერთქმედების პროცესებს, აგებულია QED-ის ანალოგიით, მაგრამ უფრო მეტად არის ნახევრად ემპირიული მოდელი.
კვარკ-პარტონის მოდელი აერთიანებს ნაწილაკების თვისებების და მათი ურთიერთქმედების შესწავლის თეორიულ და ექსპერიმენტულ შედეგებს.
ჯერჯერობით, სტანდარტული მოდელიდან გადახრები არ არის ნაპოვნი.
სტანდარტული მოდელის ძირითადი შინაარსი წარმოდგენილია ცხრილებში 1, 2, 3. მატერიის შემადგენელი არის ფუნდამენტური ფერმიონების სამი თაობა (I, II, III), რომელთა თვისებები ჩამოთვლილია ცხრილში. 1. ფუნდამენტური ბოზონები - ურთიერთქმედების მატარებლები (ცხრილი 2), რომელთა წარმოდგენა შესაძლებელია ფეინმანის დიაგრამის გამოყენებით (ნახ. 1).

ცხრილი 1: ფერმიონები − (ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი ћ-ის ერთეულებში) მატერიის შემადგენელი კომპონენტები

	ლეპტონები, სპინი = 1/2			კვარკები, სპინი = 1/2
	არომატი	წონა, გევ/წმ 2	ელექტრო მუხტი, ე	არომატი	წონა, გევ/წმ 2	ელექტრო მუხტი, ე
მე	ვ ე	< 7·10 -9	0	შენ, ზევით	0.005	2/3
მე	ე, ელექტრონი	0.000511	-1	დ, ქვემოთ	0.01	-1/3
II	ν μ	< 0.0003	0	გ, ხიბლი	1.5	2/3
II	μ, მიონი	0.106	-1	s, უცნაური	0.2	-1/3
III	ν τ	< 0.03	0	t, ზედა	170	2/3
III	τ, ტაუ	1.7771	-1	ბ, ქვედა	4.7	-1/3

ცხრილი 2: ბოზონები - ურთიერთქმედების მატარებლები (სპინი = 0, 1, 2 ... ћ-ის ერთეულებში)

მატარებლები ურთიერთქმედებები	წონა, GeV/s2	ელექტრო მუხტი, ე
ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება
γ, ფოტონი, სპინი = 1	0	0
W -, ტრიალი = 1	80.22	-1
W +, ტრიალი = 1	80.22	+1
Z 0, ტრიალი = 1	91.187	0
ძლიერი (ფერადი) ურთიერთქმედება
5, გლუონები, სპინი = 1	0	0
აღმოუჩენელი ბოზონები
H 0, ჰიგსი, სპინი = 0	> 100	0
G, გრავიტონი, სპინი = 2	?	0

ცხრილი 3: ფუნდამენტური ურთიერთქმედებების შედარებითი მახასიათებლები

ურთიერთქმედების სიძლიერე მითითებულია ძლიერთან შედარებით.

ბრინჯი. 1: ფეინმანის დიაგრამა: A + B = C + D, a არის ურთიერთქმედების მუდმივი, Q 2 = -t - 4-იმპულსი, რომელსაც A ნაწილაკი გადააქვს B ნაწილაკზე ოთხი ტიპის ურთიერთქმედების შედეგად.

1.1 სტანდარტული მოდელის საფუძვლები

ჰადრონები შედგება კვარკებისა და გლუონებისგან (პარტონები). კვარკები არის ფერმიონები სპინის 1/2 და მასით m 0; გლუონები არის ბოზონები სპინით 1 და მასა m = 0.
კვარკები კლასიფიცირდება ორგვარად: გემოსა და ფერში. თითოეული კვარკისთვის არის 6 კვარკის არომატი და 3 ფერი.
არომატი არის მახასიათებელი, რომელიც შენარჩუნებულია ძლიერი ურთიერთქმედების დროს.
გლუონი შედგება ორი ფერისგან - ფერისა და ანტიფერისაგან და მისთვის ყველა სხვა კვანტური რიცხვი ნულის ტოლია. როდესაც გლუონი გამოიყოფა, კვარკი იცვლის ფერს, მაგრამ არა გემოს. სულ 8 გლუონია.
QCD-ში ელემენტარული პროცესები აგებულია QED-ის ანალოგიით: გლუონის bremsstrahlung კვარკით, კვარკ-ანტიკვარკის წყვილების წარმოება გლუონის მიერ. გლუონის მიერ გლუონის წარმოების პროცესს QED-ში ანალოგი არ გააჩნია.
სტატიკური გლუონური ველი უსასრულობაში ნულისკენ მიდრეკილია, ე.ი. ასეთი ველის მთლიანი ენერგია უსასრულოა. ამრიგად, კვარკებს არ შეუძლიათ გაფრინდნენ ჰადრონებიდან; ხდება შეზღუდვა.
კვარკებს შორის მოქმედებს მიზიდულობის ძალები, რომლებსაც აქვთ ორი უჩვეულო თვისება: ა) ასიმპტომური თავისუფლება ძალიან მცირე დისტანციებზე და ბ) ინფრაწითელი ხაფანგი - შეზღუდვა, იმის გამო, რომ V(r) ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია განუსაზღვრელი ვადით იზრდება კვარკებს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად. , V(r ) = -α s /r + ær, α s და æ მუდმივებია.
კვარკ-კვარკის ურთიერთქმედება არ არის დანამატი.
მხოლოდ ფერადი სინგლები შეიძლება არსებობდეს თავისუფალი ნაწილაკების სახით:
მეზონის სინგლი, რომლისთვისაც ტალღის ფუნქცია მოცემულია

და ბარიონის სინგლი ტალღის ფუნქციით

სადაც R არის წითელი, B არის ლურჯი, G არის მწვანე.

არსებობს მიმდინარე და შემადგენელი კვარკები, რომლებსაც განსხვავებული მასები აქვთ.
A + B = C + X პროცესის ჯვარი მონაკვეთები ერთი გლუონის გაცვლით კვარკებს შორის, რომლებიც ქმნიან ჰადრონებს, იწერება:

ŝ = x a x b s, = x a t/x c.

სიმბოლოები a, b, c, d აღნიშნავენ კვარკებს და მათთან დაკავშირებულ ცვლადებს, სიმბოლოები А, В, С აღნიშნავენ ჰადრონებს, ŝ, , , კვარკებთან დაკავშირებულ სიდიდეებს, აღნიშნავენ a კვარკების განაწილების ფუნქციას ჰადრონში A (ან, შესაბამისად, - კვარკები b ჰადრონში B), არის კვარკის c ფრაგმენტაციის ფუნქცია ჰადრონებად C, d/dt არის ურთიერთქმედების ელემენტარული განივი მონაკვეთი qq.

1.2 მოძებნეთ გადახრები სტანდარტული მოდელიდან

აჩქარებული ნაწილაკების არსებული ენერგიების პირობებში, QCD-ის ყველა დებულება და მით უმეტეს QED-ის, კარგად ინარჩუნებს თავს. ნაწილაკების უფრო მაღალი ენერგიებით დაგეგმილ ექსპერიმენტებში, ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა სტანდარტული მოდელიდან გადახრების პოვნა.
მაღალი ენერგიის ფიზიკის შემდგომი განვითარება დაკავშირებულია შემდეგი პრობლემების გადაწყვეტასთან:

მოძებნეთ ეგზოტიკური ნაწილაკები სტრუქტურისგან განსხვავებული სტანდარტული მოდელისგან მიღებული სტრუქტურისგან.
მოძებნეთ ნეიტრინოს რხევები ν μ ↔ ν τ და მასთან დაკავშირებული პრობლემა ნეიტრინოს მასის (ν m ≠ 0).
მოძებნეთ პროტონის დაშლა, რომლის სიცოცხლე შეფასებულია როგორც τ exp > 10 33 წელი.
ფუნდამენტური ნაწილაკების სტრუქტურის ძიება (სიმები, პრეონები დისტანციებზე დ< 10 -16 см).
დეკონიფიცირებული ჰადრონული ნივთიერების გამოვლენა (კვარკ-გლუონური პლაზმა).
CP დარღვევის შესწავლა ნეიტრალური K-მეზონების, D-მეზონებისა და B-ნაწილაკების დაშლისას.
ბნელი მატერიის ბუნების შესწავლა.
ვაკუუმის შემადგენლობის შესწავლა.
მოძებნეთ ჰიგსის ბოზონი.
სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების ძიება.

1.3 სტანდარტული მოდელის გადაუჭრელი კითხვები

ფუნდამენტური ფიზიკური თეორია, ელემენტარული ნაწილაკების (კვარკები და ლეპტონები) ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების სტანდარტული მოდელი XX საუკუნის ფიზიკის საყოველთაოდ აღიარებული მიღწევაა. ის ხსნის მიკროსამყაროს ფიზიკის ყველა ცნობილ ექსპერიმენტულ ფაქტს. თუმცა, არის რიგი კითხვები, რომლებზეც სტანდარტული მოდელი არ პასუხობს.

ელექტროსუსტი ლიანდაგის ინვარიანტობის სპონტანური დარღვევის მექანიზმის ბუნება უცნობია.

W ± - და Z 0 -ბოზონებისთვის მასების არსებობის ახსნა მოითხოვს სკალარული ველების თეორიაში შეყვანას ძირითადი მდგომარეობით, ვაკუუმით, რომელიც არაინვარიანტულია ლიანდაგის გარდაქმნების მიმართ.
ამის შედეგია ახალი სკალარული ნაწილაკის - ჰიგსის ბოზონის გაჩენა.

SM არ ხსნის კვანტური რიცხვების ბუნებას.

რა არის მუხტები (ელექტრული; ბარიონი; ლეპტონი: Le, L μ, L τ: ფერი: ლურჯი, წითელი, მწვანე) და რატომ არის ისინი კვანტური?
რატომ არის ფუნდამენტური ფერმიონების 3 თაობა (I, II, III)?

SM არ შეიცავს გრავიტაციას, შესაბამისად, გრავიტაციის SM-ში ჩართვის გზა არის ახალი ჰიპოთეზა მიკროსამყაროს სივრცეში დამატებითი განზომილებების არსებობის შესახებ.
არ არსებობს ახსნა, თუ რატომ არის პლანკის ფუნდამენტური შკალა (M ~ 10 19 GeV) ასე შორს ელექტროსუსტი ურთიერთქმედებების ფუნდამენტური სკალისგან (M ~ 10 2 GeV).

ამჟამად ამ პრობლემების გადაჭრის გზა არსებობს. იგი შედგება ფუნდამენტური ნაწილაკების სტრუქტურის ახალი იდეის შემუშავებაში. ვარაუდობენ, რომ ფუნდამენტური ნაწილაკები არის ობიექტები, რომლებსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ "სიმებს". სიმების თვისებები განიხილება სწრაფად განვითარებად სუპერსიმიან მოდელში, რომელიც ამტკიცებს კავშირს ნაწილაკების ფიზიკასა და ასტროფიზიკაში მომხდარ ფენომენებს შორის. ამ კავშირმა განაპირობა ახალი დისციპლინის ფორმულირება - ელემენტარული ნაწილაკების კოსმოლოგია.

ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი მე-20 საუკუნის მეორე ნახევრის ფიზიკის უდიდეს მიღწევად ითვლება. მაგრამ რა დევს მის მიღმა?

ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი (SM), რომელიც დაფუძნებულია ლიანდაგის სიმეტრიაზე, არის მიურეი გელ-მანის, შელდონ გლაშოუს, სტივენ ვაინბერგის, აბდუს სალამის და ბრწყინვალე მეცნიერთა მთელი გალაქტიკის შესანიშნავი ქმნილება. SM შესანიშნავად აღწერს კვარკებსა და ლეპტონებს შორის ურთიერთქმედებებს 10−17 მ რიგის მანძილზე (პროტონის დიამეტრის 1%), რომლის შესწავლა შესაძლებელია თანამედროვე ამაჩქარებლებზე. თუმცა, ის იწყებს სრიალს უკვე 10-18 მ მანძილზე და მით უმეტეს, არ უზრუნველყოფს წინსვლას სასურველი პლანკის მასშტაბით 10-35 მ.

ითვლება, რომ სწორედ იქ ერწყმის ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება კვანტურ ერთობაში. SM ოდესმე შეიცვლება უფრო სრული თეორიით, რომელიც, დიდი ალბათობით, ასევე არ იქნება ბოლო და საბოლოო. მეცნიერები ცდილობენ იპოვონ სტანდარტული მოდელის შემცვლელი. ბევრი თვლის, რომ ახალი თეორია აშენდება სიმეტრიების სიის გაფართოებით, რომლებიც ქმნიან SM-ის საფუძველს. ამ პრობლემის გადაჭრის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული მიდგომა იყო ჩამოყალიბებული არა მხოლოდ SM-ის პრობლემებთან კავშირის გამო, არამედ მის შექმნამდეც კი.

ნაწილაკები, რომლებიც ემორჩილებიან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას (ფერმიონები ნახევარმთლიანი სპინით) და ბოზე-აინშტაინს (ბოზონები მთელი რიცხვის სპინით). ენერგეტიკულ ჭაბურღილში ყველა ბოზონს შეუძლია დაიკავოს იგივე ქვედა ენერგეტიკული დონე, რაც ქმნის ბოზე-აინშტაინის კონდენსატს. ფერმიონები, თავის მხრივ, ემორჩილებიან პაულის გამორიცხვის პრინციპს და, შესაბამისად, ორი ნაწილაკი ერთი და იგივე კვანტური რიცხვებით (კერძოდ, ცალმხრივი სპინები) ვერ დაიკავებს ერთსა და იმავე ენერგეტიკულ დონეს.

დაპირისპირებულთა ნაზავი

1960-იანი წლების ბოლოს, იური გოლფანდმა, FIAN თეორიული განყოფილების უფროსმა მკვლევარმა, თავის კურსდამთავრებულ სტუდენტს ევგენი ლიხტმანს შესთავაზა განეზოგადებინა მათემატიკური აპარატი, რომელიც გამოიყენება სპეციალური ფარდობითობის ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დროის (მინკოვსკის სივრცე) სიმეტრიების აღსაწერად.

ლიხტმანმა აღმოაჩინა, რომ ეს სიმეტრიები შეიძლება გაერთიანდეს კვანტური ველების შინაგან სიმეტრიებთან არანულოვანი სპინებით. ამ შემთხვევაში იქმნება ოჯახები (მრავლობითები), რომლებიც აერთიანებენ ერთი და იგივე მასის მქონე ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ მთელი და ნახევარმთლიანი სპინი (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ბოზონები და ფერმიონები). ეს იყო ახალი და გაუგებარი, რადგან ორივე ექვემდებარება სხვადასხვა ტიპის კვანტურ სტატისტიკას. ბოზონები შეიძლება დაგროვდნენ იმავე მდგომარეობაში და ფერმიონები მიჰყვებიან პაულის პრინციპს, რომელიც მკაცრად კრძალავს ამ ტიპის წყვილ გაერთიანებებსაც კი. მაშასადამე, ბოსონურ-ფერმიონის მამრავლების გაჩენა მათემატიკურ ეგზოტიკას ჰგავდა, რომელსაც საერთო არაფერი ჰქონდა რეალურ ფიზიკასთან. ასე აღიქმებოდა FIAN-ში. მოგვიანებით, თავის მოგონებებში, ანდრეი სახაროვმა ბოზონების და ფერმიონების გაერთიანებას დიდი იდეა უწოდა, მაგრამ იმ დროს მისთვის საინტერესო არ ჩანდა.

სტანდარტის მიღმა

სად არის SM-ის საზღვრები? „სტანდარტული მოდელი შეესაბამება თითქმის ყველა მონაცემს, რომელიც მიღებულია მაღალი ენერგიის ამაჩქარებლებზე. - განმარტავს რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ბირთვული კვლევების ინსტიტუტის წამყვანი მკვლევარი სერგეი ტროიცკი. „თუმცა, ექსპერიმენტების შედეგები, რომლებიც მოწმობენ მასის არსებობას ორ ტიპის ნეიტრინოში და შესაძლოა სამივეში, მთლად არ ჯდება მის ჩარჩოებში. ეს ფაქტი ნიშნავს, რომ SM-ს გაფართოება სჭირდება და რაშიც არავინ იცის. ასტროფიზიკური მონაცემები ასევე მიუთითებს SM-ის არასრულყოფილებაზე. ბნელი მატერია, რომელიც შეადგენს სამყაროს მასის მეხუთედზე მეტს, შედგება მძიმე ნაწილაკებისგან, რომლებიც არ ჯდება SM-ში. სხვათა შორის, უფრო ზუსტი იქნება, რომ ამ მატერიას ვუწოდოთ არა ბნელი, არამედ გამჭვირვალე, რადგან ის არა მხოლოდ არ ასხივებს სინათლეს, არამედ არ შთანთქავს მას. გარდა ამისა, SM არ ხსნის ანტიმატერიის თითქმის სრულ არარსებობას დაკვირვებად სამყაროში.
ასევე არსებობს ესთეტიკური წინააღმდეგობები. როგორც სერგეი ტროიცკი აღნიშნავს, SM ძალიან მახინჯია. იგი შეიცავს 19 ციფრულ პარამეტრს, რომლებიც განისაზღვრება ექსპერიმენტით და საღი აზრის თვალსაზრისით ძალიან ეგზოტიკურ მნიშვნელობებს იძენს. მაგალითად, ჰიგსის ველის ვაკუუმი, რომელიც პასუხისმგებელია ელემენტარული ნაწილაკების მასებზე, არის 240 გევ. გაუგებარია, რატომ არის ეს პარამეტრი 1017-ჯერ ნაკლები იმ პარამეტრზე, რომელიც განსაზღვრავს გრავიტაციულ ურთიერთქმედებას. მე მინდა მქონდეს უფრო სრულყოფილი თეორია, რომელიც შესაძლებელს გახდის ამ ურთიერთობის დადგენას ზოგიერთი ზოგადი პრინციპიდან.
არც SM ხსნის უზარმაზარ განსხვავებას ყველაზე მსუბუქი კვარკების მასებს შორის, რომლებიც ქმნიან პროტონებსა და ნეიტრონებს, და ზედა კვარკის მასას, რომელიც აღემატება 170 გევ-ს (ყველა სხვა თვალსაზრისით, ის არაფრით განსხვავდება u-კვარკისგან. , რომელიც თითქმის 10000-ჯერ მსუბუქია). საიდან მოდის ერთი შეხედვით იდენტური ნაწილაკები ასეთი განსხვავებული მასით, ჯერ კიდევ გაურკვეველია.

ლიხტმანმა დაიცვა დისერტაცია 1971 წელს, შემდეგ კი წავიდა VINITI-ში და თითქმის მიატოვა თეორიული ფიზიკა. გოლფანდი FIAN-დან გათავისუფლების გამო გაათავისუფლეს და დიდი ხნის განმავლობაში სამუშაოს ვერ პოულობდა. თუმცა, უკრაინის ფიზიკისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის თანამშრომლებმა, დიმიტრი ვოლკოვმა და ვლადიმერ აკულოვმა, ასევე აღმოაჩინეს სიმეტრია ბოზონებსა და ფერმიონებს შორის და გამოიყენეს ის ნეიტრინოების აღსაწერად. მართალია, იმ დროს არც მოსკოველებმა და არც ხარკოველებმა არ მოიპოვეს დაფნა. მხოლოდ 1989 წელს მიიღეს გოლფანდმა და ლიხტმანმა I.E. თამ. 2009 წელს ვოლოდიმირ აკულოვს (ამჟამად ასწავლის ფიზიკას ნიუ-იორკის საქალაქო უნივერსიტეტის ტექნიკურ კოლეჯში) და დიმიტრი ვოლკოვს (მშობიარობის შემდგომ) მიენიჭათ უკრაინის ეროვნული პრემია სამეცნიერო კვლევებისთვის.

სტანდარტული მოდელის ელემენტარული ნაწილაკები სტატისტიკის ტიპის მიხედვით იყოფა ბოზონებად და ფერმიონებად. კომპოზიტურ ნაწილაკებს - ჰადრონებს - შეუძლიათ დაემორჩილონ ბოზე-აინშტაინის სტატისტიკას (ასეთია მეზონები - კაონები, პიონები), ან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას (ბარიონები - პროტონები, ნეიტრონები).

სუპერსიმეტრიის დაბადება

დასავლეთში ბოსონური და ფერმიონური მდგომარეობების ნარევები პირველად გამოჩნდა ახალშობილ თეორიაში, რომელიც ელემენტარულ ნაწილაკებს წარმოადგენდა არა როგორც წერტილოვან ობიექტებს, არამედ როგორც ერთგანზომილებიანი კვანტური სიმების ვიბრაციას.

1971 წელს აშენდა მოდელი, რომელშიც ბოზონის ტიპის თითოეული ვიბრაცია შერწყმული იყო მის დაწყვილებულ ფერმიონის ვიბრაციასთან. მართალია, ეს მოდელი მუშაობდა არა მინკოვსკის ოთხგანზომილებიან სივრცეში, არამედ სიმების თეორიების ორგანზომილებიან სივრცე-დროში. თუმცა, უკვე 1973 წელს ავსტრიელმა ჯულიუს უესმა და იტალიელმა ბრუნო ზუმინომ CERN-ს მოახსენეს (და ერთი წლის შემდეგ გამოაქვეყნეს სტატია) ოთხგანზომილებიანი სუპერსიმეტრიული მოდელის შესახებ ერთი ბოზონით და ერთი ფერმიონით. მან არ მოითხოვა ელემენტარული ნაწილაკების აღწერა, მაგრამ აჩვენა სუპერსიმეტრიის შესაძლებლობები ნათელ და უკიდურესად ფიზიკურ მაგალითში. მალე იმავე მეცნიერებმა დაამტკიცეს, რომ მათ მიერ აღმოჩენილი სიმეტრია გოლფანდისა და ლიხტმანის სიმეტრიის გაფართოებული ვერსია იყო. ასე რომ, აღმოჩნდა, რომ სამი წლის განმავლობაში სუპერსიმეტრია მინკოვსკის სივრცეში დამოუკიდებლად აღმოაჩინა ფიზიკოსთა სამმა წყვილმა.

ვესის და ზუმინოს შედეგებმა აიძულა თეორიების განვითარება ბოზონ-ფერმიონის ნარევებით. იმის გამო, რომ ეს თეორიები აკავშირებს ლიანდაგის სიმეტრიებს სივრცე-დროის სიმეტრიებს, მათ უწოდეს სუპერგამზომი და შემდეგ სუპერსიმეტრიული. ისინი წინასწარმეტყველებენ მრავალი ნაწილაკების არსებობას, რომელთაგან არცერთი ჯერ არ არის აღმოჩენილი. ასე რომ, რეალური სამყაროს სუპერსიმეტრია ჯერ კიდევ ჰიპოთეტურია. მაგრამ რომც არსებობდეს, არ შეიძლება იყოს მკაცრი, თორემ ელექტრონები ზუსტად იმავე მასით დამუხტავდნენ ბოზონურ ბიძაშვილებს, რაც ადვილად გამოვლენილი იქნებოდა. რჩება ვივარაუდოთ, რომ ცნობილი ნაწილაკების სუპერსიმეტრიული პარტნიორები უკიდურესად მასიურია და ეს შესაძლებელია მხოლოდ სუპერსიმეტრიის დარღვევის შემთხვევაში.

სუპერსიმეტრიული იდეოლოგია ძალაში შევიდა 1970-იანი წლების შუა ხანებში, როდესაც უკვე არსებობდა სტანდარტული მოდელი. ბუნებრივია, ფიზიკოსებმა დაიწყეს მისი სუპერსიმეტრიული გაფართოებების აგება, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მასში ბოზონებსა და ფერმიონებს შორის სიმეტრიის დანერგვა. სუპერსიმეტრიული სტანდარტული მოდელის პირველი რეალისტური ვერსია, სახელწოდებით მინიმალური სუპერსიმეტრიული სტანდარტული მოდელი (MSSM), შემოგვთავაზეს ჰოვარდ გეორგიმ და სავას დიმოპულოსმა 1981 წელს. სინამდვილეში, ეს არის იგივე სტანდარტული მოდელი ყველა თავისი სიმეტრიით, მაგრამ თითოეულ ნაწილაკს ჰყავს დამატებული პარტნიორი, რომლის სპინი განსხვავდება მისი სპინისაგან ½-ით, ბოზონი ფერმიონამდე და ფერმიონი ბოზონში.

ამრიგად, ყველა SM ურთიერთქმედება რჩება ადგილზე, მაგრამ გამდიდრებულია ახალი ნაწილაკების ურთიერთქმედებით ძველებთან და ერთმანეთთან. მოგვიანებით გაჩნდა SM-ის უფრო რთული სუპერსიმეტრიული ვერსიებიც. ყველა მათგანი უკვე ცნობილ ნაწილაკებს ადარებს ერთსა და იმავე პარტნიორებს, მაგრამ სუპერსიმეტრიის დარღვევას სხვადასხვანაირად ხსნიან.

ნაწილაკები და სუპერნაწილაკები

ფერმიონის სუპერპარტნიორების სახელები აგებულია პრეფიქსით "s" - ელექტრონი, სმუონი, სკვარკი. ბოზონების სუპერპარტნიორები იძენენ დაბოლოებას "ino": ფოტონი - ფოტინო, გლუონი - გლუინო, Z-ბოზონი - zino, W-boson - ღვინო, ჰიგსის ბოზონი - ჰიგსინო.

ნებისმიერი ნაწილაკის სუპერპარტნიორის სპინი (გარდა ჰიგსის ბოზონისა) ყოველთვის ½ ნაკლებია მის საკუთარ სპინზე. შესაბამისად, ელექტრონის პარტნიორებს, კვარკებს და სხვა ფერმიონებს (ისევე, რა თქმა უნდა, მათ ანტინაწილაკებს) აქვთ ნულოვანი სპინი, ხოლო ფოტონის და ვექტორული ბოზონების პარტნიორებს, რომლებსაც აქვთ ერთეული სპინი. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნაწილაკების მდგომარეობების რაოდენობა უფრო დიდია, რაც უფრო დიდია მისი სპინი. მაშასადამე, გამოკლების მიმატებით ჩანაცვლება გამოიწვევს ზედმეტი სუპერპარტნიორების გამოჩენას.

მარცხნივ არის ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი (SM): ფერმიონები (კვარკები, ლეპტონები) და ბოზონები (ურთიერთქმედების მატარებლები). მარჯვნივ არის მათი სუპერპარტნიორები მინიმალურ სუპერსიმეტრიულ სტანდარტულ მოდელში, MSSM: ბოზონები (კვერკები, სპიონები) და ფერმიონები (ძალების მატარებლების სუპერპარტნიორები). ჰიგსის ხუთ ბოზონს (დიაგრამაზე მონიშნულია ერთი ლურჯი სიმბოლოთი) ასევე ჰყავს თავისი სუპერპარტნიორები, ჰიგსინოს ხუთეულები.

მაგალითად ავიღოთ ელექტრონი. ის შეიძლება იყოს ორ მდგომარეობაში - ერთში მისი სპინი მიმართულია იმპულსის პარალელურად, მეორეში კი ანტიპარალელურია. SM-ის თვალსაზრისით, ეს არის სხვადასხვა ნაწილაკები, რადგან ისინი თანაბრად არ მონაწილეობენ სუსტ ურთიერთქმედებებში. ნაწილაკი სპინის ერთეულით და არანულოვანი მასით შეიძლება არსებობდეს სამ განსხვავებულ მდგომარეობაში (როგორც ფიზიკოსები ამბობენ, მას აქვს თავისუფლების სამი ხარისხი) და ამიტომ არ არის შესაფერისი ელექტრონის პარტნიორებისთვის. ერთადერთი გამოსავალი არის ელექტრონის თითოეულ მდგომარეობას ერთი სპინი-ნულოვანი სუპერპარტნიორის მინიჭება და ამ ელექტრონების განსხვავებულ ნაწილაკებად მიჩნევა.

ბოზონების სუპერპარტნიორები სტანდარტულ მოდელში გარკვეულწილად უფრო რთულია. ვინაიდან ფოტონის მასა ნულის ტოლია, მაშინაც კი, ერთეული სპინით მას აქვს არა სამი, არამედ ორი გრადუსი თავისუფლება. მაშასადამე, ფოტინო, ნახევრად დატრიალებული სუპერპარტნიორი, რომელსაც ელექტრონის მსგავსად აქვს თავისუფლების ორი ხარისხი, ადვილად შეიძლება მიეკუთვნოს მას. გლუინოები ჩნდება იმავე სქემის მიხედვით. ჰიგსის შემთხვევაში სიტუაცია უფრო რთულია. MSSM-ს აქვს ჰიგსის ბოზონების ორი დუბლი, რომლებიც შეესაბამება ოთხ სუპერპარტნიორს - ორ ნეიტრალურ და ორ საპირისპიროდ დამუხტულ ჰიგსინოს. ნეიტრალები სხვადასხვაგვარად ერევა ფოტინოსა და ზინოს და ქმნიან ფიზიკურად დაკვირვებად ოთხ ნაწილაკს საერთო სახელწოდებით ნეიტრალინო. მსგავსი ნარევები სახელწოდებით ჩარგინო, რომელიც რუსული ყურისთვის უცნაურია (ინგლისურად - ჩარგინო), ქმნიან დადებითი და უარყოფითი W-ბოზონების სუპერპარტნიორებს და დამუხტულ ჰიგსის წყვილებს.

ნეიტრინო სუპერპარტნიორებთან სიტუაციას ასევე აქვს თავისი სპეციფიკა. თუ ამ ნაწილაკს მასა არ ჰქონდა, მისი სპინი ყოველთვის იმპულსის საპირისპირო მიმართულებით იქნებოდა. მაშასადამე, უმასურ ნეიტრინოს ექნებოდა ერთი სკალარული პარტნიორი. თუმცა, ნამდვილი ნეიტრინო ჯერ კიდევ არ არის მასის გარეშე. შესაძლებელია, არსებობდეს პარალელური მომენტითა და სპინების მქონე ნეიტრინოებიც, მაგრამ ისინი ძალიან მძიმეა და ჯერ არ არის აღმოჩენილი. თუ ეს მართალია, მაშინ ნეიტრინოს თითოეულ ტიპს ჰყავს თავისი სუპერპარტნიორი.

მიჩიგანის უნივერსიტეტის ფიზიკის პროფესორის გორდონ კეინის თქმით, სუპერსიმეტრიის დარღვევის ყველაზე უნივერსალური მექანიზმი დაკავშირებულია გრავიტაციასთან.

თუმცა, მისი წვლილის სიდიდე სუპერნაწილაკების მასებში ჯერ არ არის დაზუსტებული და თეორეტიკოსების შეფასებები წინააღმდეგობრივია. გარდა ამისა, ის ძნელად ერთადერთია. ამრიგად, შემდეგი მინიმალური სუპერსიმეტრიული სტანდარტული მოდელი, NMSSM, შემოაქვს კიდევ ორ ჰიგსის ბოზონს, რომლებიც ხელს უწყობენ სუპერნაწილაკების მასას (და ასევე ზრდის ნეიტრალინოების რაოდენობას ოთხიდან ხუთამდე). ასეთი ვითარება, აღნიშნავს კეინი, მკვეთრად ამრავლებს სუპერსიმეტრიულ თეორიებში ჩართულ პარამეტრებს.

სტანდარტული მოდელის მინიმალური გაფართოებაც კი მოითხოვს ასამდე დამატებით პარამეტრს. ეს გასაკვირი არ უნდა იყოს, რადგან ყველა ეს თეორია შემოაქვს ბევრ ახალ ნაწილაკს. რაც უფრო სრულყოფილი და თანმიმდევრული მოდელები ჩნდება, პარამეტრების რაოდენობა უნდა შემცირდეს. როგორც კი დიდი ადრონული კოლაიდერის დეტექტორები იჭერენ სუპერნაწილაკებს, ახალი მოდელები არ დაგელოდებით.

ნაწილაკების იერარქია

სუპერსიმეტრიული თეორიები შესაძლებელს ხდის სტანდარტული მოდელის რიგი სისუსტეების აღმოფხვრას. პროფესორ კეინს წინა პლანზე გამოაქვს თავსატეხი ჰიგსის ბოზონის შესახებ, რომელსაც იერარქიის პრობლემას უწოდებენ..

ეს ნაწილაკი მასას იძენს ლეპტონებთან და კვარკებთან ურთიერთქმედების დროს (ისევე, როგორც ისინი თავად იძენენ მასას ჰიგსის ველთან ურთიერთობისას). SM-ში ამ ნაწილაკების წვლილი წარმოდგენილია უსასრულო ჯამებით განსხვავებული სერიებით. მართალია, ბოზონების და ფერმიონების წვლილს განსხვავებული ნიშნები აქვს და, პრინციპში, შეუძლიათ ერთმანეთის თითქმის მთლიანად გაუქმება. თუმცა, ასეთი გადაშენება თითქმის იდეალური უნდა იყოს, ვინაიდან ჰიგსის მასა ახლა ცნობილია, რომ მხოლოდ 125 გევ-ია. ეს არ არის შეუძლებელი, მაგრამ ძალიან ნაკლებად სავარაუდოა.

სუპერსიმეტრიული თეორიებისთვის სანერვიულო არაფერია. ზუსტი სუპერსიმეტრიით, ჩვეულებრივი ნაწილაკებისა და მათი სუპერპარტნიორების წვლილი სრულად უნდა ანაზღაურებდეს ერთმანეთს. ვინაიდან სუპერსიმეტრია დარღვეულია, კომპენსაცია არასრული აღმოჩნდება და ჰიგსის ბოზონი იძენს სასრულ და, რაც მთავარია, გამოსათვლელ მასას. თუ სუპერპარტნიორების მასები არც თუ ისე დიდია, ის უნდა გაიზომოს ერთიდან ორას გევ-მდე დიაპაზონში, რაც მართალია. როგორც კეინი ხაზს უსვამს, ფიზიკოსებმა სუპერსიმეტრიის სერიოზულად აღქმა დაიწყეს, როდესაც აჩვენეს, რომ ის იერარქიის პრობლემის გადაჭრას ახერხებს.

სუპერსიმეტრიის შესაძლებლობები ამით არ მთავრდება. SM-დან გამომდინარეობს, რომ ძალიან მაღალი ენერგიების რეგიონში, ძლიერი, სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება, თუმცა მათ აქვთ დაახლოებით იგივე სიძლიერე, არასოდეს ერწყმის ერთმანეთს. და სუპერსიმეტრიულ მოდელებში 1016 გევ რიგის ენერგიით, ასეთი კავშირი ხდება და ეს ბევრად უფრო ბუნებრივად გამოიყურება. ეს მოდელები ასევე გვთავაზობენ ბნელი მატერიის პრობლემის გადაწყვეტას. დაშლის დროს სუპერნაწილაკები წარმოქმნიან როგორც სუპერნაწილაკებს, ასევე ჩვეულებრივ ნაწილაკებს - რა თქმა უნდა, უფრო მცირე მასის. თუმცა, სუპერსიმეტრია, განსხვავებით SM-ისგან, იძლევა პროტონის სწრაფ დაშლის საშუალებას, რაც, ჩვენთვის საბედნიეროდ, რეალურად არ ხდება.

პროტონი და მასთან ერთად მთელი სამყაროს გადარჩენა შესაძლებელია იმ დაშვებით, რომ პროცესებში, რომლებიც მოიცავს სუპერნაწილაკებს, შენარჩუნებულია R-პარიტეტის კვანტური რიცხვი, რომელიც უდრის ერთს ჩვეულებრივი ნაწილაკებისთვის და მინუს ერთის სუპერპარტნიორებისთვის. ასეთ შემთხვევაში, ყველაზე მსუბუქი სუპერნაწილაკი უნდა იყოს სრულიად სტაბილური (და ელექტრონულად ნეიტრალური). განმარტებით, მას არ შეუძლია ზენაწილაკებად დაშლა და R-პარიტეტის შენარჩუნება კრძალავს მას ნაწილაკებად დაშლას. ბნელი მატერია შეიძლება შედგებოდეს ზუსტად ისეთი ნაწილაკებისგან, რომლებიც გაჩნდნენ დიდი აფეთქების შემდეგ და თავიდან აიცილეს ურთიერთ განადგურება.

ველოდებით ექსპერიმენტებს

ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენამდე ცოტა ხნით ადრე, M-თეორიაზე (სიმების თეორიის ყველაზე მოწინავე ვერსია) დაფუძნებული, მისი მასა იწინასწარმეტყველეს მხოლოდ ორი პროცენტის შეცდომით! პროფესორი კეინი ამბობს. - ჩვენ ასევე გამოვთვალეთ ელექტრონების, სმუონებისა და კვარკების მასები, რომლებიც ძალიან დიდი აღმოჩნდა თანამედროვე ამაჩქარებლებისთვის - რამდენიმე ათეული TeV-ის რიგით. ფოტონის, გლუონისა და სხვა ლიანდაგის ბოზონების სუპერპარტნიორები გაცილებით მსუბუქია და, შესაბამისად, აქვთ LHC-ში აღმოჩენის შანსი.

რა თქმა უნდა, ამ გამოთვლების სისწორე არაფრით არ არის გარანტირებული: M-თეორია დელიკატური საკითხია. და მაინც, შესაძლებელია თუ არა ამაჩქარებლებზე სუპერნაწილაკების კვალის აღმოჩენა? „მასიური სუპერნაწილაკები დაბადებისთანავე უნდა იშლება. ეს დაშლა ხდება ჩვეულებრივი ნაწილაკების დაშლის ფონზე და ძნელია მათი ცალსახად გამოყოფა“, - განმარტავს დიმიტრი კაზაკოვი, დუბნის JINR-ის თეორიული ფიზიკის ლაბორატორიის მთავარი მკვლევარი. ”იდეალური იქნება, თუ სუპერნაწილაკები გამოვლინდებიან უნიკალური გზით, რაც არ შეიძლება აგვერიოს სხვაგან, მაგრამ თეორია ამას არ პროგნოზირებს.

უნდა გავაანალიზოთ მრავალი განსხვავებული პროცესი და მათ შორის მოძებნოთ ის, რაც სრულად არ არის ახსნილი სტანდარტული მოდელით. ეს ძიება ჯერჯერობით წარუმატებელი იყო, მაგრამ ჩვენ უკვე გვაქვს შეზღუდვები სუპერპარტნიორების მასებზე. მათგან, ვინც მონაწილეობს ძლიერ ურთიერთქმედებებში, უნდა გაიყვანოს მინიმუმ 1 ტევ, ხოლო სხვა სუპერნაწილაკების მასა შეიძლება განსხვავდებოდეს ათეულიდან ასეულ გევ-მდე.

2012 წლის ნოემბერში, კიოტოში გამართულ სიმპოზიუმზე, მოხსენებული იქნა LHC-ში ექსპერიმენტების შედეგები, რომლის დროსაც პირველად შესაძლებელი გახდა საიმედოდ დაარეგისტრიროთ Bs მეზონის ძალიან იშვიათი დაშლა მიონად და ანტიმუონად. მისი ალბათობა არის დაახლოებით სამი მილიარდი, რაც კარგად შეესაბამება SM-ის პროგნოზებს. ვინაიდან ამ დაშლის მოსალოდნელი ალბათობა, გამოთვლილი MSSM-დან, შეიძლება იყოს რამდენჯერმე მეტი, ზოგიერთმა გადაწყვიტა, რომ სუპერსიმეტრია დასრულდა.

თუმცა, ეს ალბათობა დამოკიდებულია რამდენიმე უცნობ პარამეტრზე, რომელსაც შეუძლია როგორც დიდი, ისე მცირე წვლილი შეიტანოს საბოლოო შედეგში, აქ ჯერ კიდევ ბევრი გაურკვევლობაა. აქედან გამომდინარე, არაფერი საშინელი არ მომხდარა და ჭორები MSSM-ის გარდაცვალების შესახებ ძალიან გაზვიადებულია. მაგრამ ეს არ ნიშნავს რომ ის დაუმარცხებელია. LHC ჯერ არ მუშაობს სრული სიმძლავრით, ის მიაღწევს მას მხოლოდ ორ წელიწადში, როდესაც პროტონის ენერგია 14 ტევ-მდე იქნება. და თუ მაშინ არ იქნება სუპერნაწილაკების გამოვლინებები, მაშინ MSSM დიდი ალბათობით მოკვდება ბუნებრივი სიკვდილით და დადგება დრო ახალი სუპერსიმეტრიული მოდელებისთვის.

გრასმანის რიცხვები და სუპერგრავიტაცია

ჯერ კიდევ MSSM-ის შექმნამდე სუპერსიმეტრია იყო შერწყმული გრავიტაციასთან. ბოზონებისა და ფერმიონების დამაკავშირებელი ტრანსფორმაციების განმეორებითი გამოყენება ნაწილაკს სივრცე-დროში მოძრაობს. ეს შესაძლებელს ხდის სივრცე-დროის მეტრიკის სუპერსიმეტრიებისა და დეფორმაციების დაკავშირებას, რაც ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით არის გრავიტაციის მიზეზი. როდესაც ფიზიკოსებმა ეს გააცნობიერეს, დაიწყეს ფარდობითობის ზოგადი ფარდობითობის სუპერსიმეტრიული განზოგადებების აგება, რომელსაც სუპერგრავიტაციას უწოდებენ. თეორიული ფიზიკის ეს სფერო ახლა აქტიურად ვითარდება.
ამავე დროს, გაირკვა, რომ სუპერსიმეტრიულ თეორიებს სჭირდებოდათ ეგზოტიკური რიცხვები, რომლებიც გამოიგონა მე-19 საუკუნეში გერმანელმა მათემატიკოსმა ჰერმან გიუნტერ გრასმანმა. მათი დამატება და გამოკლება ჩვეულებრივ ხდება, მაგრამ ასეთი რიცხვების ნამრავლი ცვლის ნიშანს ფაქტორების გადალაგებისას (აქედან გამომდინარე, გრასმანის რიცხვის კვადრატი და, ზოგადად, ნებისმიერი მთელი რიცხვი ნულის ტოლია). ბუნებრივია, ასეთი რიცხვების ფუნქციების დიფერენცირება და ინტეგრირება მათემატიკური ანალიზის სტანდარტული წესების მიხედვით შეუძლებელია, საჭიროა სრულიად განსხვავებული მეთოდები. და, საბედნიეროდ, სუპერსიმეტრიული თეორიებისთვის, ისინი უკვე ნაპოვნია. ისინი გამოიგონა 1960-იან წლებში მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამოჩენილმა საბჭოთა მათემატიკოსმა ფელიქს ბერეზინმა, რომელმაც შექმნა ახალი მიმართულება - სუპერმათემატიკა.

თუმცა, არსებობს კიდევ ერთი სტრატეგია, რომელიც არ არის დაკავშირებული LHC-თან. სანამ LEP ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერი მოქმედებდა CERN-ში, ისინი ეძებდნენ ყველაზე მსუბუქ დამუხტულ სუპერნაწილაკებს, რომელთა დაშლის შედეგად წარმოიქმნება ყველაზე მსუბუქი სუპერპარტნიორები. ამ წინამორბედი ნაწილაკების აღმოჩენა უფრო ადვილია, რადგან ისინი დამუხტულია და ყველაზე მსუბუქი სუპერპარტნიორი ნეიტრალურია. LEP-ზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ასეთი ნაწილაკების მასა არ აღემატება 104 გევ-ს. ეს არ არის ბევრი, მაგრამ მათი აღმოჩენა რთულია LHC-ზე მაღალი ფონის გამო. მაშასადამე, ახლა არის მოძრაობა, რათა აეშენებინათ სუპერ-ძლიერი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერი მათი საძიებლად. მაგრამ ეს არის ძალიან ძვირადღირებული მანქანა და ის, რა თქმა უნდა, მალე არ აშენდება. ”

დახურვა და გახსნა

თუმცა, მინესოტას უნივერსიტეტის თეორიული ფიზიკის პროფესორის, მიხაილ შიფმანის თქმით, ჰიგსის ბოზონის გაზომილი მასა MSSM-სთვის ძალიან დიდია და ეს მოდელი, სავარაუდოდ, უკვე დახურულია:

”მართალია, ისინი ცდილობენ მის გადარჩენას სხვადასხვა ზედნაშენის დახმარებით, მაგრამ ისინი იმდენად არაელეგანტურები არიან, რომ წარმატების მცირე შანსი აქვთ. შესაძლებელია სხვა გაფართოებებმაც იმუშავონ, მაგრამ როდის და როგორ ჯერ უცნობია. მაგრამ ეს კითხვა სცილდება წმინდა მეცნიერებას. მაღალი ენერგიის ფიზიკის ამჟამინდელი დაფინანსება ეყრდნობა LHC-ში რაღაც ახალი აღმოჩენის იმედს. თუ ეს არ მოხდა, დაფინანსება შემცირდება და არ იქნება საკმარისი თანხა ახალი თაობის ამაჩქარებლების ასაშენებლად, რომლის გარეშეც ეს მეცნიერება რეალურად ვერ განვითარდება“. ასე რომ, სუპერსიმეტრიული თეორიები ჯერ კიდევ გვპირდება, მაგრამ ისინი ვერ ელოდებიან ექსპერიმენტატორების განაჩენს.