Zvodná krása supersymetrie

Zvodná krása supersymetrie

Nasleduje úryvok z Stratený v matematike: Ako krása vedie fyziku na scestie od Sabine Hossenfelderovej.

Všimol som si, že pri našej snahe pochopiť, z čoho sa skladá svet, sme našli dvadsaťpäť rôznych elementárnych častíc. Supersymmetry dopĺňa túto zbierku o súbor ešte neobjavených partnerských častíc, jednu pre každú zo známych častíc a niekoľko ďalších. Toto supersymetrické dokončenie je príťažlivé, pretože známe častice sú dvoch rôznych typov, fermióny a bozóny (pomenované podľa Enrica Fermiho a Satyendru Boseho), a supersymetria vysvetľuje, ako tieto dva typy patria k sebe.



Prečítať knihu

Stratený v matematike: Ako krása vedie fyziku na scestie

Kúpiť

Fermióny sú extrémne jedince. Bez ohľadu na to, ako veľmi sa snažíte, neprinútite dvoch z nich robiť to isté na rovnakom mieste – vždy medzi nimi musí byť rozdiel. Na druhej strane bozóny takéto obmedzenie nemajú a radi sa k sebe pridajú v spoločnom tanci. To je dôvod, prečo elektróny, ktoré sú fermiónmi, sedia na samostatných obaloch okolo atómových jadier. Ak by to boli bozóny, namiesto toho by sedeli spolu na rovnakej škrupine a nechali by vesmír bez chémie – a bez chemikov, keďže naša vlastná existencia spočíva na odmietnutí malých fermiónov zdieľať priestor.

Supersymetria predpokladá, že zákony prírody zostávajú rovnaké, keď sa bozóny vymenia za fermióny. To znamená, že každý známy bozón musí mať fermiónového partnera a každý známy fermión musí mať bosonického partnera. Ale okrem toho, že sa líšia svojou fermionickou alebo bosonickou príslušnosťou, partnerské častice musia byť identické.

Keďže žiadna z už známych častíc nezodpovedá požiadavkám, dospeli sme k záveru, že medzi nimi nie sú žiadne supersymetrické páry. Namiesto toho musia na objavenie čakať nové častice. Je to ako keby sme mali zbierku zvláštnych hrncov a pokrievok a sme presvedčení, že zhodné kúsky musia byť niekde naokolo.

Bohužiaľ, rovnice supersymetrie nám nehovoria, aké sú hmotnosti susy [supersymetria] partnerov. Keďže produkcia ťažších častíc vyžaduje viac energie, je ťažšie nájsť časticu, keď je jej hmotnosť väčšia. Všetko, čo sme sa doteraz naučili, je, že superpartneri, ak existujú, sú takí ťažkí, že energia našich experimentov ešte nie je dostatočne veľká na ich vytvorenie.

Supersymetria má veľa predpokladov. Okrem odhalenia, že bozóny a fermióny sú dve strany tej istej mince, susy tiež pomáha pri zjednocovaní základných síl a má potenciál vysvetliť niekoľko numerických zhôd. Navyše, niektoré zo supersymetrických častíc majú práve tie správne vlastnosti na vytvorenie tmavej hmoty.


Supersymetria tak presne zapadá do existujúcich teórií, že mnohí fyzici sú presvedčení, že musí byť správna. „Napriek úsiliu mnohých stoviek fyzikov, ktorí uskutočňujú experimenty pri hľadaní týchto častíc, neboli nikdy pozorovaní ani zistení žiadni superpartneri,“ píše fyzik z Fermilabu Dan Hooper. Napriek tomu „to malo malý vplyv na to, aby odradilo teoretických fyzikov, ktorí vášnivo očakávajú, že príroda bude formulovaná týmto spôsobom – že bude supersymetrická.

Pre mnohých z týchto vedcov sú myšlienky supersymetrie jednoducho príliš krásne a príliš elegantné na to, aby neboli súčasťou nášho vesmíru. Riešia príliš veľa problémov a príliš prirodzene zapadajú do nášho sveta. Pre týchto skutočných veriacich musia častice superpartnera jednoducho existovať.“

[ Vaše otázky z fyziky sú vysvetlené. ]

Hooper nie je jediný, kto zdôrazňuje silu tohto presvedčenia. „Pre mnohých teoretických fyzikov je ťažké uveriť, že supersymetria niekde v prírode nehrá rolu,“ poznamenáva fyzik Jeff Forshaw. A v roku 2014 Scientific American v článku s názvom „Supersymetria a kríza vo fyzike“, časticoví fyzici Maria Spiropulu a Joseph Lykken podporujú svoju nádej, že nakoniec prídu dôkazy, tvrdením, že „nie je prehnané povedať, že väčšina svetových časticových fyzikov verí, že supersymetria musieť byť pravdivý“ (ich dôraz).

Susyho príťažlivosť dodáva, že symetria týkajúca sa bozónov a fermiónov bola dlho považovaná za nemožnú, pretože sa zdalo, že matematický dôkaz to zakazuje. Žiadny dôkaz však nie je lepší ako jeho predpoklady. Ukázalo sa, že ak sú predpoklady dôkazu uvoľnené, supersymetria je namiesto toho najväčšia možná symetria, ktorá môže byť prispôsobená existujúcim teóriám. A ako mohla príroda nevyužiť taký krásny nápad?


Prevzatý z Stratení v matematike: Ako krása vedie fyziku na scestie od Sabine Hossenfelder, so súhlasom Basic Book, odtlačok Perseus Books, LLC, dcérskej spoločnosti Hachette Book Group, Inc. Copyright © Sabine Hossenfelder, 2018.