Supersimetrijas pievilcīgais skaistums

Tālāk ir sniegts izvilkums no Apmaldījies matemātikā: kā skaistums maldina fiziku Sabīne Hosenfeldere.

Es atzīmēju, ka, cenšoties saprast, no kā sastāv pasaule, mēs esam atraduši divdesmit piecas dažādas elementārdaļiņas. Supersimetrija papildina šo kolekciju ar vēl neatklātu partneru daļiņu komplektu, vienu katrai zināmajai daļiņai un dažām papildu daļiņām. Šī supersimetriskā pabeigšana ir pievilcīga, jo zināmās daļiņas ir divu dažādu veidu, fermioni un bozoni (nosaukti attiecīgi Enriko Fermi un Satjendras Bozes vārdā), un supersimetrija izskaidro, kā šie divi veidi pieder kopā.

Lasi gramatu

Apmaldījies matemātikā: kā skaistums maldina fiziku

Fermioni ir ekstrēmi indivīdi. Neatkarīgi no tā, kā jūs censtos, divi no viņiem nevarēs darīt vienu un to pašu vienā un tajā pašā vietā — starp viņiem vienmēr ir jābūt atšķirībai. Savukārt bosoniem šādu ierobežojumu nav un viņi labprāt pievienojas viens otram kopīgā dejā. Tāpēc elektroni, kas ir fermioni, atrodas uz atsevišķiem apvalkiem ap atomu kodoliem. Ja tie būtu bozoni, viņi sēdētu kopā uz viena apvalka, atstājot Visumu bez ķīmijas un bez ķīmiķiem, jo ​​mūsu pašu eksistence balstās uz mazo fermionu atteikšanos dalīties ar telpu.

Supersimetrija postulē, ka dabas likumi paliek nemainīgi, kad bozoni tiek apmainīti ar fermioniem. Tas nozīmē, ka katram zināmajam bozonam ir jābūt fermiona partnerim, un katram zināmajam fermionam ir jābūt bozona partnerim. Taču partneru daļiņām ir jābūt ne tikai atšķirīgai pēc fermioniskās vai bozoniskās piederības, bet arī jābūt identiskām.

Tā kā neviena no jau zināmajām daļiņām neatbilst prasībām, mēs esam secinājuši, ka starp tām nav supersimetrisku pāru. Tā vietā jaunām daļiņām jāgaida, līdz tās tiks atklātas. Mums ir tā, it kā mums būtu dīvainu podu un vāku kolekcija, un esam pārliecināti, ka noteiktiem atbilstošajiem gabaliem kaut kur ir jābūt.

Diemžēl supersimetrijas vienādojumi mums nepasaka, kādas ir susy [supersimetrijas] partneru masas. Tā kā smagāku daļiņu ražošanai ir nepieciešams vairāk enerģijas, daļiņu ir grūtāk atrast, ja tās masa ir lielāka. Viss, ko līdz šim esam iemācījušies, ir tas, ka superpartneri, ja tādi pastāv, ir tik smagi, ka mūsu eksperimentu enerģija vēl nav pietiekami liela, lai tos izveidotu.

Supersimetrijai ir daudz iespēju. Papildus tam, ka tiek atklāts, ka bozoni un fermioni ir vienas monētas divas puses, susy arī palīdz apvienot fundamentālos spēkus un var izskaidrot vairākas skaitliskas sakritības. Turklāt dažām supersimetriskajām daļiņām ir tieši īstās īpašības, lai veidotu tumšo vielu.

Supersimetrija tik cieši saskan ar esošajām teorijām, ka daudzi fiziķi ir pārliecināti, ka tai ir jābūt pareizai. 'Neskatoties uz daudzu simtu fiziķu pūlēm, kas veic eksperimentus, meklējot šīs daļiņas, neviens superpartneris nekad nav novērots vai atklāts,' raksta Fermilab fiziķis Dens Hūpers. Tomēr 'tam ir bijusi maza ietekme, atturot teorētiskos fiziķus, kuri kaislīgi sagaida, ka daba tiks formulēta šādā veidā — supersimetriski.

Daudziem no šiem zinātniekiem supersimetrijas idejas vienkārši ir pārāk skaistas un pārāk elegantas, lai tās nebūtu daļa no mūsu Visuma. Viņi atrisina pārāk daudz problēmu un pārāk dabiski iekļaujas mūsu pasaulē. Šiem patiesi ticīgajiem superpartneru daļiņām vienkārši ir jāpastāv.

[ Jūsu fizikas jautājumi, paskaidroti. ]

Hūpers nav vienīgais, kurš uzsver šīs pārliecības spēku. 'Daudziem teorētiskajiem fiziķiem ir grūti noticēt, ka supersimetrijai kaut kur dabā nav nozīmes,' atzīmē fiziķis Džefs Foršovs. Un 2014. gadā Zinātniskais amerikānis rakstā ar nosaukumu “Supersimetrija un krīze fizikā”, daļiņu fiziķi Marija Spiropulu un Džozefs Lykkens atbalsta cerību, ka galu galā tiks iegūti pierādījumi, apgalvojot, ka “nav pārspīlēti teikt, ka lielākā daļa pasaules daļiņu fiziķu uzskata, ka supersimetrija obligāti būt patiesam” (viņu izcēlums).

Susy pievilcību papildina tas, ka simetrija attiecībā uz bozoniem un fermioniem ilgu laiku tika uzskatīta par neiespējamu, jo šķita, ka matemātisks pierādījums to aizliedza. Bet neviens pierādījums nav labāks par tā pieņēmumiem. Izrādījās, ka, ja pierādījuma pieņēmumi ir atviegloti, supersimetrija tā vietā ir lielākā iespējamā simetrija, ko var iekļaut esošajās teorijās. Un kā gan daba neizmantoja tik skaistu ideju?

Pielāgots no Apmaldījies matemātikā: kā skaistums maldina fiziku autors Sabīne Hossenfeldere, ar Basic Book atļauju, Perseus Books, LLC, Hachette Book Group, Inc. meitasuzņēmuma nospiedums. Autortiesības © Sabine Hossenfelder, 2018.