Библия физики элементарных частиц умирает для обновления. И у физиков может быть только одна вещь: некоторые частицы и силы могут смотреть в зеркало и не узнавать себя. Это само по себе отправило бы так называемую стандартную модель в штопор.
Почти все фундаментальные реакции между субатомными частицами вселенной выглядят одинаково, когда они переворачиваются в зеркало. В физике говорят, что зеркальное отображение, называемое четностью, считается симметричным или симметричным.
Конечно, не все следуют правилам. Мы знаем, что, например, реакции со слабой ядерной силой, что также странно по целому ряду других причин, нарушают симметрию четности. Поэтому понятно, что другие силы и частицы в квантовом мире также нарушают правила в этой области.
У физиков есть некоторые идеи об этих других гипотетических реакциях, которые не будут выглядеть одинаково в зеркале и, следовательно, нарушат симметрию четности. Эти странные реакции могут указать нам на новую физику, которая может помочь нам пройти мимо Стандартной модели физики элементарных частиц, нашей текущей сводки всех субатомных вещей.
К сожалению, мы никогда не увидим большинство этих странных реакций в наших атомных разрушителях и лабораториях. Взаимодействия слишком редки и слабы, чтобы их можно было обнаружить с помощью наших инструментов, которые настроены на другие виды взаимодействий. Но могут быть некоторые редкие исключения. Исследователи крупнейшего в мире атомного разрушителя, Большого адронного коллайдера (LHC), расположенного недалеко от Женевы, охотились за этими редкими взаимодействиями. До сих пор они подошли с пустыми руками, но даже этот результат освещает. Эти негативные результаты помогают отсеять бесплодные гипотезы, позволяя физикам сосредоточиться на более перспективных направлениях в поисках новой физики.
Зеркало, зеркало на стене
Одним из наиболее важных понятий во всей физике является симметрия. Можно даже обоснованно утверждать, что физики - просто охотники за симметрией. Симметрии раскрывают фундаментальные законы природы, которые управляют внутренними действиями реальности. Симметрия это большое дело.
Так что же это? Симметрия означает, что если вы измените один элемент в процессе или взаимодействии, процесс останется прежним. Физики тогда говорят, что процесс симметричен относительно этого изменения. Я намеренно расплывчато здесь, потому что есть так много разных видов симметрии. Например, иногда вы можете изменить знак зарядов на частицах, иногда вы можете запускать процессы вперед или назад во времени, а иногда вы можете запустить зеркальное отображение процесса.
Последний, рассматривающий процесс в зеркале, называется симметрией четности. Большинство субатомных взаимодействий в физике дают одинаковый результат, независимо от того, происходят ли они прямо перед вами или в зеркале. Но некоторые взаимодействия нарушают эту симметрию, например, слабую ядерную силу, особенно когда нейтрино образуются при взаимодействиях с этой силой.
Нейтрино всегда вращаются «назад» (другими словами, ось их вращения указывает в сторону от направления их движения), в то время как антинейтрино вращаются «вперед» (их ось вращения указывает прямо вперед, пока они летают). Это означает, что существуют очень тонкие различия в количестве нейтрино и антинейтрино, образующихся, когда вы проводите регулярный, а не зеркальный эксперимент, который опирается на слабую ядерную силу.
Разбитые зеркала
Насколько нам известно, только слабая ядерная сила и слабая ядерная сила нарушают симметрию паритета. Но возможно это не один.
Мы знаем, что физика за пределами того, что мы в настоящее время понимаем, должна существовать. И некоторые из этих гипотетических идей и концепций также нарушают симметрию паритета. Например, некоторые из этих теорий предсказывают тонкие асимметрии в нормальных в других отношениях взаимодействиях, которые включают виды частиц, которые обычно исследует LHC.
Конечно, эти гипотетические идеи экзотичны, сложны и очень сложны для проверки. И во многих случаях мы не совсем уверены, что мы ищем.
Проблема в том, что, хотя мы знаем, что наша нынешняя концепция мира частиц, называемая Стандартной моделью, является неполной, мы не знаем, где искать ее замену. Многие физики надеялись, что БАК откроет что-то - новую частицу, новое взаимодействие, что-нибудь вообще - что укажет нам на что-то новое и захватывающее, но пока все эти поиски не увенчались успехом.
Многие из прежних теорий лидера относительно того, что находится за пределами Стандартной Модели (например, суперсимметрия), постепенно исключаются. Это где нарушение симметрии четности может пригодиться.
Почти все распространенные гипотетические расширения Стандартной модели включают ограничение, что только слабая ядерная сила нарушает симметрию четности. (Это запечатлено в фундаментальной математике моделей, на случай, если вам интересно, как это работает.) Это означает, что такие понятия, как суперсимметрия, аксионы и лептокварки, сохраняют эту симметрию нарушенной именно там, где она есть, и нигде больше.
Но посмотрите, ребята, если эти общие расширения не раскрываются, возможно, пришло время расширить наш кругозор.
Отшелушивание паритета
По этой причине группа исследователей искала нарушения четности в кэше данных, выпущенных в результате эксперимента с компактным мюонным соленоидом (CMS) на LHC; Они подробно изложили свои результаты в исследовании, опубликованном 29 апреля на сервере препринтов arXiv. Это был довольно сложный поиск, поскольку LHC на самом деле не настроен на поиск нарушений паритета. Но исследователи умно нашли способ сделать это, изучив остатки взаимодействия между другими частицами.
Результат: намеков на нарушение четности не обнаружено. Ура для Стандартной Модели (снова). Хотя немного разочаровывает, что это исследование не открыло новую границу физики, оно поможет прояснить будущие поиски. Если мы продолжим поиск и по-прежнему не получим доказательств нарушения паритета за пределами слабой ядерной силы, то мы знаем, что все, что находится за пределами Стандартной модели, должно иметь некоторые из тех же математических структур, что и теория опоры, и позволять только слабой ядерной силе выглядят по-другому в зеркале.
