Студенческий портал

Физики Большого адронного коллайдера в Европе испытали свойства характера, на одной из самых высоких энергий в истории, и они не нашли ничего особенного: ничего нового. Это, пожалуй, 30 лет назад, когда проект только думал, не мог предвидеть никто. Знаменитый «двухфотонный пик», который появился в данные в декабре, бесследно исчез: он был, скорее, статистической флуктуацией, что новая частица, фундаментальное. В самом деле, столкновения в ускорителе, в настоящее время не показали ничего, за исключением, но неполной Стандартной модели физики элементарных частиц. Между фрагментами столкновений физики не нашли никаких частиц, которые могли бы объяснить темную материю, быть братья и сестры, бозона Хиггса, не более Габаритные размеры, никаких лептокварков… и не суперсимметричных частиц, что бы наши уравнения и выполняется принцип «естественности», что может лежать в основе всех законов природы.

«Удивительно, что мы думали обо всем этом целых тридцать лет, и не сделали ни одного правильного предсказания о том, что мы увидим», — говорит Нима Аркани-Хамед, профессор физики в Институте перспективных исследований в Принстоне.

Последние Новости, которые появились на Международной конференции по физике высоких энергий в Чикаго, в презентации экспериментов ATLAS и CMS, гигантские детекторы, которые находятся на 6 и 12 часов на циферблате, 30-километрового кольца БАКА. Обе команды, в каждой из которых 3000 человек, лихорадочно работали в течение последних трех месяцев, путем анализа потока данных от машины, которая, наконец, заработала в полную силу, после обновления (и дубликат). В настоящее время, БАК сталкивает протоны в 13 триллионов электрон-вольт (ТэВ) энергии, обеспечивая достаточно сырья для формирования гигантских элементарных частиц. Если есть, конечно.

Но до сих пор ни одной не нашли. Особенно болезненным для многих стала потеря фотонов, несмотря на это, избыток пар фотонов, который появился в прошлом году в матче 13 ТэВ данных и привели к более 500 теоретических работ по данной теме. Слухи об исчезновении бум в данных начали просачиваться в июне месяце, по телефону все сообщество «двухфотонное » похмелье».

«Это открытие может только указать, что это-очень захватывающее будущее для экспериментов с частицами», — говорит Раман Сандрум, физик-теоретик из Университета Мэриленда. «Отсутствие она возвращает нас к тому, мы начинаем».

Отсутствие новой физической углубляет кризис, который начался в 2012 году, вместе с первым выпуском ТАНКА, когда стало ясно, что 8-ТэВ-столкновения не открыть никакой новой физики за пределами Стандартной модели. (Бозон Хиггса, открытый в том же году, стал последним элементами головоломки под названием Стандартная модель, и не из-за его расширения). Частицы на белом коне может показаться, в конце того же или в следующем году, ну, или, по крайней мере, стать светом сюрпризов в поведении частиц, известные, что было сказано, что будет новая физика. Но все приходит к тому, что теоретики готовят к кошмарному сценарию», при которой ТАНК не открывает никакого пути к более полной теории природы.

Некоторые теоретики утверждают, что все эти вопросы, пришло время идти на войну с нулевыми результатами. Отсутствие новых частиц почти точно означает, что законы физики не являются естественными, как привыкли считать сами физики. «Естественность настолько хорошо обоснована, — говорит Сандрум, что отсутствие ее-это великое открытие».

Недостающие части

Главная причина, уверенность физиков в том, что Стандартная модель является частью чего-то больше в этой истории-это бозон Хиггса. И, более конкретно, его огромная и, кажется неестественной массы. В уравнениях Стандартной модели Хиггс связан со многими другими частицами. Эта связь дает частицы массы, что позволяет им, в свою очередь, изменить значение массы Хиггса, как в перетягивании каната. Некоторые из участников этого перетащите чрезвычайно сильные — гипотетических частиц, которые заботятся о тяжести, могут сделать (или загрузка) до 10 миллионов миллионов ТэВ в массе Хиггса — но каким-то образом ваше тесто заканчивается 0,125 ТэВ, например, если участники перетягивания каната заканчивается процесс чистой ничьей. Кажется абсурдным, если не найти разумного объяснения этого равенства.

Предложение в начале 1980-х, теория суперсимметрия может это сделать. Она утверждает, что в каждом из «фермион», существующей в природе частицы материи, например, электрон или кварк, который добавляет к массе Хиггса — существует суперсимметричный «частица», частицы-это вектор силы, который вычетает массы Хиггса. Таким образом, каждая часть перетащить веревку, имеет ту же силу, и Хиггс естественным и стабильным. Теоретики предложили альтернативные варианты, предложенные для достижения естественности, но суперсимметрии есть несколько аргументов в их пользу: это приводит к тому, что сила трех квантовых взаимодействий идеально сливаются высоких энергий, при условии, что собрались в момент рождения вселенной. И предлагает инертной, стабильной частицы с массой, которая идеально подойдет для темной материи.

«Практически мы находимся, — говорит Мария Спиропулу, физик частиц из Калифорнийского технологического института и членом CMS. — Спросите у людей моего поколения, которые практически учили, что суперсимметрия является, хотя мы еще не обнаружили. Мы уверовали в него».

Отсюда возникло удивление, когда суперсимметричные партнеры известных частиц не появились, сначала на Большом электрон-позитронном коллайдере в 1990-х годах, затем Тэватроне в 1990-х и начале 2000-х, и теперь в БАКЕ. По мере коллайдеры выходили на все более высокие энергии, расширяет разрыв между известных частиц и их гипотетических суперпартнерами, которые должны быть намного тяжелее, чтобы избежать случайного обнаружения. Наконец, суперсимметрия стала настолько «сломанный», что влияние частиц и их суперпартнеров в массе Хиггса не было компенсировано, и суперсимметрия не было решением проблемы, естественно. Некоторые эксперты думают, что мы это уже прошли нужное место. Другие дают большую свободу в определении ряда факторов, и это происходит в настоящее время, однако, как ATLAS и CMS исключают стоп-quark — гипотетический суперпартнер топ-кварка с 0,173 ТэВ — на массу в 1 ТэВ. Почти шестикратное несоответствие между верхней и стоп-кварками в перетягивании каната. Даже если стоп тяжелее 1 ТэВ существует, он будет слишком сильным, чтобы выбросить Хиггса, чтобы решить проблему, которая появилась в теории.

«Я думаю, что 1 ТэВ-это психологический предел», — говорит Альберт де Роек, главный исследователь в cern, лаборатории, к которой принадлежит ТАНК, и профессор Университета Антверпена в Бельгии.

И хотя некоторые могут сказать, что уже достаточно, другие продолжают цепляться за веревки. Среди многих суперсимметричных расширениях Стандартной модели являются более сложные версии, в которой стоп-кварки тяжелее 1 ТэВ сговорились дополнительные суперсимметричными частицами, чтобы сбалансировать top quark и настроить массы Хиггса. В этой теории так много вариантов или отдельных «моделей», что, убив ее, конечно, это почти невозможно. Джо Инкандела, физик из университета Калифорнии в Санта-Барбаре, который объявил об открытии бозона Хиггса лица коллаборации CMS в 2012 году и в настоящее время руководит исследованиями на тему стоп-кварка, говорит, что «если вы видите, то, что вы можете сделать, независимо от модели заявление, что вы что-то видите. Если вы ничего не видите, это будет трудно».

Частицы могут скрываться в укромных уголках и трещинах. Если, например, стоп-кварков и легчайшее нейтралино (суперсимметричный кандидатов для темной материи) будут примерно одной массы, могут оставаться в тени. Дело в том, что когда стоп-кварк рождается в процессе столкновения и распада, что создает нейтралино, очень мало энергии будет высвобождено принимать форму движения. «Когда ломается стоп, где-то сидит и частицы темной материи, — объясняет Кайл Кранмер из Нью-йоркского университета, член АТЛАС. — Вы этого не видите. Поэтому, в таких регионах, и искать ничего». В этом случае стоп-кварк с массой тела менее 0,6 ТэВ может скрываться в данных.

Экспериментаторы постараются исправить эти пробелы в ближайшие годы, ну или копать скрытые частицы. В то же время, теоретики готовы принять тот факт, что характер не показывает, в каком направлении можно двигаться. Ситуация запутанная.

Новая надежда

Многие теоретики частиц теперь уже давно признали наметившуюся вопрос: что масса бозона Хиггса-это просто неестественно — небольшая по размерам произвольный дрейф, либо хорошую компенсацию в перетягивании каната — и то, что мы видим-это особенное свойство, так как от него зависит наша жизнь. В этом случае, существует множество вселенных, в каждой из которых есть сочетание эффектов совершенно случайным. Все эти вселенные атомов образуются только в тех, где случайно появляется легкий бозон Хиггса, и, таким образом, рождаются все живые существа. Но этот «антропный» аргумент ненавидят за то, что не может проверить.

В последние два года, некоторые физики-теоретики начали предлагать совершенно новые, естественные объяснения массы Хиггса, пытаясь избежать фатализма антропного принципа и не зависеть от новых частиц, которые могут показаться в БАК. Например, на прошлой неделе в ЦЕРНе собрали семинар, на котором рассмотрели гипотезу релаксиона—, из которого следует, что масса Хиггса строится динамически на рождение космоса, и не совсем так, симметрии и возможные способы проверки этих идей. Теперь, когда двухфотонный пик оставил ученые, и ничего, что придется вернуться и изобретать новые возможности для новой физики.

Аркани-Хамед говорит, что «многие теоретики, включая меня, которые думают, что мы живем в совершенно уникальное время, когда все вопросы гиганта, структурных, без подробностей о следующей частицы. Мы должны быть счастливы жить в это время, даже если наша жизнь не серьезные, надежные прогресса».

В то время как теоретики возвращаются к таблицам, 6000 экспериментаторов CMS и ATLAS упиваться данные, ранее неизведанной области. «Кошмар? Что вы имеете в виду?», говорит Спиропулу, учитывая возмущение теоретиков на тему кошмарного сценария. «Мы изучаем природу. Вероятно, у нас нет времени, чтобы думать о все, типа «кошмар», потому что мы тонем в данных, и это меня радует».

Есть надежда, что новая физика еще проявит себя. Но не обнаружил ничего, с положением Спиропулу, это что-то в себе обнаружить — особенно если вместе с этим погибнут великие идеи.

Отсутствие новых частиц означает для физики?
Илья Хель