Fyzici z USA a Jižní Koreje popsali možný scénář vývoje vesmíru po Velkém třesku, který se liší od scénáře obecně přijímaného vědou. Podle tohoto scénáře již nebude možné detekovat nové elementární částice u Large Hadron Collider (LHC) v CERN. Alternativní scénář vám také umožňuje vyřešit problém hierarchie mas. Výzkum zveřejněn na arXiv.org
Tato teorie se nazývá přirozenost. Je určována na stupnici energií řádu elektroslabé interakce, po oddělení elektromagnetických a slabých interakcí. To bylo asi deset v mínus třicet dva - deset v mínus dvanáct sekund po Velkém třesku. Podle autorů nového konceptu pak ve vesmíru existovala hypotetická elementární částice - rechiton (nebo reheaton, z anglického reheaton), jejíž rozpad vedl k formování fyziky pozorované dnes.
Když se vesmír ochladil (teplota hmoty a záření se snížila) a plochý (geometrie prostoru se přiblížila k Euklidovci), Rechiton se rozpadl na mnoho dalších částic. Vytvářely skupiny částic, které sotva vzájemně interagovaly, téměř shodné v druhovém složení, ale lišily se hmotou Higgsova bosonu, a tedy i vlastní hmotou.
Počet takových skupin částic, které podle vědců existují v moderním vesmíru, dosahuje několika tisíc bilionů. Fyzika popsaná standardním modelem (SM) a částice a interakce pozorované při experimentech na LHC patří do jedné z těchto rodin. Nová teorie umožňuje opuštění supersymetrie, která se stále neúspěšně snaží najít, a řeší problém hierarchie částic.
Zejména pokud je hmotnost Higgsova bosonu vytvořeného v důsledku rozpadu rechitonů malá, pak bude hmotnost zbývajících částic velká a naopak. To řeší problém hierarchie elektrospeaků spojené s velkou mezerou mezi experimentálně pozorovanými hmotami elementárních částic a energetickými škálami raného vesmíru. Například otázka, proč je elektron s hmotností 0,5 megaelektronvoltu téměř 200krát lehčí než mion se stejnými kvantovými čísly, zmizí sama o sobě - ve vesmíru jsou přesně stejné sady částic, kde tento rozdíl není tak silný.
Podle nové teorie je Higgsův boson pozorovaný při pokusech na LHC nejlehčí částicí tohoto typu, vytvořenou v důsledku rozkladu rechiton. Těžší bosony jsou spojovány s dalšími skupinami dosud neobjevených částic - analogy dnes objevených a dobře prozkoumaných leptonů (neúčastnících se silných interakcí) a hadronů (účastnících se silných interakcí).
Nima Arkani-Hamed
Propagační video:
Foto: EP Departement / CERN
Nová teorie nezrušuje, ale nutně není nutné zavádět supersymetrii, což znamená zdvojnásobení (alespoň) počtu známých elementárních částic v důsledku přítomnosti super partnerů. Například pro foton - fotino, kvark - kvark, Higgs - Higgsino atd. Spin superpartnerů by se měl lišit o půl integer od spinu původní částice.
Matematicky jsou částice a superčástice sloučeny do jednoho systému (superultiplet); všechny kvantové parametry a hmotnosti částic a jejich partnerů se shodují v přesné supersymetrii. Předpokládá se, že supersymetrie je v přírodě narušena, a proto je hmotnost superpartnerů mnohem větší než hmotnost jejich částic. K detekci supersymetrických částic byly zapotřebí silné urychlovače, jako je LHC.
Pokud existuje supersymetrie nebo nějaké nové částice nebo interakce, pak mohou být podle autorů nové studie objeveny na stupnici deseti teraelektronvoltů. To je téměř na hranici schopností LHC, a pokud je navrhovaná teorie správná, objev nových částic je extrémně nepravděpodobný.
Verze CM
Obrázek: arXiv.org
Signál poblíž 750 gigaelektronvoltů, který by mohl naznačovat rozklad těžké částice na dva gama fotony, jak uvádí vědci ze spolupráce CMS (Compact Muon Solenoid) a ATLAS (Toroidální LHC ApparatuS) pracující na LHC v prosinci 2015 a březnu 2016, rozpoznáno jako statistický šum. Po roce 2012, kdy bylo známo objevení Higgsova bosonu v CERNu, nebyly odhaleny žádné nové základní částice předpovídané rozšířeními SM.
Proto se očekává vznik teorií, ve kterých potřeba supersymetrie zmizí. „Existuje mnoho teoretiků, včetně mě, kteří věří, že nyní je zcela jedinečný čas, když řešíme důležité a systémové problémy a netýkají se detailů žádné další elementární částice,“uvedl hlavní autor nové studie, fyzik Nima Arkani-Hamed z Princeton University (USA).
Jeho optimismus nesdílí každý. Například fyzik Matt Strassler z Harvardské univerzity věří, že matematické zdůvodnění nové teorie má být vymyšleno. Mezitím Paddy Fox z Enrico Fermi National Accelerator Laboratory v Batavia (USA) věří, že nová teorie může být vyzkoušena v příštích deseti letech. Podle jeho názoru by částice vytvořené ve skupině s jakýmkoli těžkým Higgsovým bosonem měly zanechat stopy na relikvním záření - starověké mikrovlnné záření předpovídané teorií Velkého třesku.
Andrey Borisov