nauki ścisłe
Autor: Joseph Lykken i Maria Spiropulu | dodano: 2014-05-20
Supersymetria i kryzys w fizyce

Fizycy przez kilkadziesiąt lat tworzyli elegancką teorię, która miała pozwolić głębiej zrozumieć kwantowy świat. Dziś stoimy na rozdrożu: albo w przyszłym roku uda się ją potwierdzić, albo trzeba pomyśleć o zmianie paradygmatu.

Pewnego letniego dnia w 2012 roku o świcie czekaliśmy w naszym pokoju w California Institute of Technology na połączenie wideo z ośrodkiem CERN koło Genewy. Kiedy piliśmy trzecie espresso, na monitorach pojawiły się twarze kolegów z zespołu Razor, jednej z wielu grup fizyków analizujących dane z detektora CMS w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Razor powstał, aby szukać egzotycznych zderzeń potwierdzających słuszność supersymetrii, budowanej od 45 lat teorii, która ma pełniej opisać materię na elementarnym poziomie i wyjaśnić wielkie zagadki Wszechświata, jak na przykład istnienie ciemnej materii. Jednak mimo kilkudziesięcioletnich starań nadal nie uzyskano żadnego dowodu jej prawdziwości.

Maurizio Pierini, szef zespołu, pokazał wykres prezentujący nowe dane. Widzieliśmy, jak obecni na sali unoszą brwi: pojawiła się wyraźna anomalia. Pierini stwierdził ze spokojem, „Trzeba przyjrzeć się bliżej temu zdarzeniu.” „Zdarzenie” oznaczało kolizję proton-proton, jedną z bilionów podobnych, które zachodzą w LHC. W ciągu minuty ściągnęliśmy pełny zestaw danych opisujących to zderzenie na nasz laptop.

Supersymetria zaskakująco elegancko rozwiązuje problemy, które od 40 lat niepokoją fizyków. W szczególności odpowiada na wiele ważnych pytań z gatunku „dlaczego”. Dlaczego masy cząstek są takie, a nie inne? Dlaczego oddziaływania mają akurat taką siłę? Mówiąc krótko: dlaczego Wszechświat wygląda tak, jak wygląda? Co więcej, supersymetria przewiduje, że Wszechświat jest wypełniony nieodkrytymi dotąd cząstkami, tzw. superpartnerami znanych cząstek, co wyjaśniałoby zagadkę ciemnej materii. Nie będzie przesadą, jeżeli powiemy, że większość fizyków badających cząstki uważa, że supersymetria musi być prawdziwa – tak bardzo jest ona atrakcyjna. Fizycy mieli nadzieję, że dzięki LHC zdołają wykryć superpartnerów, co da niezbity dowód, że supersymetria poprawnie opisuje Wszechświat.

Kiedy wyświetliliśmy dane egzotycznego zdarzenia, szybko okazało się, że wygląda ono jak dowód supersymetrii. Dwa klastry cząstek o wielkiej energii poruszały się w pewnym kierunku i nagle odbijły się od niewidocznego obiektu, być może superpartnera. Wkrótce dostrzegliśmy jednak wielki czerwony pik na wykresie: czy możliwe, że to po prostu błąd detektora? Nie było wątpliwości, że tak. A więc kolejne rozczarowanie.

Niestety, dane zgromadzone w pierwszym okresie pracy LHC wykluczyły niemal wszystkie najczęściej rozważane warianty supersymetrii. Za wcześnie jeszcze mówić, że negatywne wyniki poszukiwań zwiastują kryzys w fizyce cząstek elementarnych, budzą jednak ogólny niepokój. LHC wznowi pracę na początku 2015 roku. Zderzacz osiągnie wtedy maksymalną energię, do której został zaprojektowany, umożliwiając badaczom z eksperymentów Atlas i CMS odkrycie lub wykluczenie istnienia superpartnerów o większej masie niż dotychczas. Jeżeli w trakcie tych pomiarów nie uda się ich odkryć, to znajdziemy się na rozdrożu: albo trzeba będzie zaprzestać trwających już kilkadziesiąt lat poszukiwań dowodu, że natura zachowuje się zgodnie z naszymi wyobrażeniami, albo podjąć starania, by zbudować zde­rzacz, który dzięki jeszcze większej energii być może pozwoli potwierdzić nasze racje.

Oczywiście, w historii nauki mamy wiele przykładów długotrwałych poszukiwań uwieńczonych sukcesem. Wspomnijmy chociażby odkrycie bozonu Higgsa. Dziś jednak większość teoretyków zajmujących się cząstkami nerwowo zagryza wargi, oczekując, aż z LHC napłyną dane na temat fundamentów wznoszonego od przeszło pół wieku gmachu fizyki teoretycznej.

 

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 06/2014 »
Drukuj »
Komentarze
Dodany przez: Janusz | 2016-10-30
Fakt, że teoria supersymetrii nie jest poprawna wcale by mnie nie zdziwił. Udowodniłem, że tą metodą, którą scałkowałem równanie Diraca w jednorodnym polu elektrycznym nie można scałkować równania Kleina-Gordona

http://januszszczachor.cba.pl/bin/pobierz.php?lang=en&katalog=2. Sugeruje to, że może być istotna różnica w zachowaniu fermionów i bozonów w tym samym polu. Powiem więcej Ja nie jestem przekonany, że to drugie równanie w ogóle opisuje bozony. Zgodnie z sugestią Diraca równanie opisujące bozony również powinno być pierwszego rzędu i skalarne, ale nie drugiego rzędu. Funkcja falowa powinna być zawsze dodatnio określona.

Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
19
W 1912 r. urodził się George Emil Palade, amerykański cytolog, laureat Nagrody Nobla.
Warto przeczytać
Zmyl trop to użyteczna, ale i pełna powabu oraz przekonująca, kieszonkowa esencja wszystkiego, co chcielibyście wiedzieć o obronie przed inwigilacją.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Joseph Lykken i Maria Spiropulu | dodano: 2014-05-20
Supersymetria i kryzys w fizyce

Fizycy przez kilkadziesiąt lat tworzyli elegancką teorię, która miała pozwolić głębiej zrozumieć kwantowy świat. Dziś stoimy na rozdrożu: albo w przyszłym roku uda się ją potwierdzić, albo trzeba pomyśleć o zmianie paradygmatu.

Pewnego letniego dnia w 2012 roku o świcie czekaliśmy w naszym pokoju w California Institute of Technology na połączenie wideo z ośrodkiem CERN koło Genewy. Kiedy piliśmy trzecie espresso, na monitorach pojawiły się twarze kolegów z zespołu Razor, jednej z wielu grup fizyków analizujących dane z detektora CMS w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Razor powstał, aby szukać egzotycznych zderzeń potwierdzających słuszność supersymetrii, budowanej od 45 lat teorii, która ma pełniej opisać materię na elementarnym poziomie i wyjaśnić wielkie zagadki Wszechświata, jak na przykład istnienie ciemnej materii. Jednak mimo kilkudziesięcioletnich starań nadal nie uzyskano żadnego dowodu jej prawdziwości.

Maurizio Pierini, szef zespołu, pokazał wykres prezentujący nowe dane. Widzieliśmy, jak obecni na sali unoszą brwi: pojawiła się wyraźna anomalia. Pierini stwierdził ze spokojem, „Trzeba przyjrzeć się bliżej temu zdarzeniu.” „Zdarzenie” oznaczało kolizję proton-proton, jedną z bilionów podobnych, które zachodzą w LHC. W ciągu minuty ściągnęliśmy pełny zestaw danych opisujących to zderzenie na nasz laptop.

Supersymetria zaskakująco elegancko rozwiązuje problemy, które od 40 lat niepokoją fizyków. W szczególności odpowiada na wiele ważnych pytań z gatunku „dlaczego”. Dlaczego masy cząstek są takie, a nie inne? Dlaczego oddziaływania mają akurat taką siłę? Mówiąc krótko: dlaczego Wszechświat wygląda tak, jak wygląda? Co więcej, supersymetria przewiduje, że Wszechświat jest wypełniony nieodkrytymi dotąd cząstkami, tzw. superpartnerami znanych cząstek, co wyjaśniałoby zagadkę ciemnej materii. Nie będzie przesadą, jeżeli powiemy, że większość fizyków badających cząstki uważa, że supersymetria musi być prawdziwa – tak bardzo jest ona atrakcyjna. Fizycy mieli nadzieję, że dzięki LHC zdołają wykryć superpartnerów, co da niezbity dowód, że supersymetria poprawnie opisuje Wszechświat.

Kiedy wyświetliliśmy dane egzotycznego zdarzenia, szybko okazało się, że wygląda ono jak dowód supersymetrii. Dwa klastry cząstek o wielkiej energii poruszały się w pewnym kierunku i nagle odbijły się od niewidocznego obiektu, być może superpartnera. Wkrótce dostrzegliśmy jednak wielki czerwony pik na wykresie: czy możliwe, że to po prostu błąd detektora? Nie było wątpliwości, że tak. A więc kolejne rozczarowanie.

Niestety, dane zgromadzone w pierwszym okresie pracy LHC wykluczyły niemal wszystkie najczęściej rozważane warianty supersymetrii. Za wcześnie jeszcze mówić, że negatywne wyniki poszukiwań zwiastują kryzys w fizyce cząstek elementarnych, budzą jednak ogólny niepokój. LHC wznowi pracę na początku 2015 roku. Zderzacz osiągnie wtedy maksymalną energię, do której został zaprojektowany, umożliwiając badaczom z eksperymentów Atlas i CMS odkrycie lub wykluczenie istnienia superpartnerów o większej masie niż dotychczas. Jeżeli w trakcie tych pomiarów nie uda się ich odkryć, to znajdziemy się na rozdrożu: albo trzeba będzie zaprzestać trwających już kilkadziesiąt lat poszukiwań dowodu, że natura zachowuje się zgodnie z naszymi wyobrażeniami, albo podjąć starania, by zbudować zde­rzacz, który dzięki jeszcze większej energii być może pozwoli potwierdzić nasze racje.

Oczywiście, w historii nauki mamy wiele przykładów długotrwałych poszukiwań uwieńczonych sukcesem. Wspomnijmy chociażby odkrycie bozonu Higgsa. Dziś jednak większość teoretyków zajmujących się cząstkami nerwowo zagryza wargi, oczekując, aż z LHC napłyną dane na temat fundamentów wznoszonego od przeszło pół wieku gmachu fizyki teoretycznej.