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那些可以解释宇宙问题的“Sparticles”在哪里?

 
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粒子物理学的主导理论解释了亚原子世界的一切,除了它没有解释的部分。不幸的是,并没有很多奉承的形容词可以用来形容所谓的标准模型。这一基础物理学理论是在几十年的时间里一点一点建立起来的,用笨拙、大杂烩和混杂在一起的细绳和口香糖来形容最恰当不过了。
 
尽管如此,它仍然是一个非常强大的模型,能够准确地预测各种各样的交互和过程。
 
但它确实有一些明显的缺点:它不包含重力;它无法解释各种粒子的质量,其中一些粒子会产生力;它没有解释特定的中微子行为;而且它并没有直接给出暗物质存在的答案。
 
所以我们得想个办法。我们需要超越标准模型来更好地理解我们的宇宙。
 
不幸的是,许多主要的竞争者解释这个伟大的超越-称为超对称理论-已被排除或严重限制在最近几年。不过,杏耀代理仍有一个“万福玛利亚”的概念可以解释标准模型没有涵盖的宇宙神秘部分:长寿命超对称粒子,有时简称sparticles。但令人沮丧的是,最近对这些奇怪粒子的研究却空手而归。
 
Not-so-super对称
 
到目前为止,突破当前标准模型界限的最流行的理论被归为一类,称为超对称性。在这些模型中,自然界中粒子的两大阵营(“玻色子”,如我们熟悉的光子;而“费米子”——比如电子、夸克和中微子——实际上有一种奇怪的兄弟关系。每一个玻色子在费米子世界里都有一个伙伴,同样,每一个费米子都有一个可以称为它自己的朋友的玻色子。
 
这些伙伴(或者用粒子物理学中令人困惑的术语更恰当地说,是“超级伙伴”)都不属于已知粒子的正常家族。相反,它们通常非常、非常重、非常奇怪,而且通常看起来很奇怪。
 
这种已知粒子和它们的超级伴侣之间的质量差异是一种叫做对称性破坏的结果。这意味着在高能量下(比如粒子加速器的内部),粒子和它们的伙伴之间的数学关系是均匀的,导致质量相等。然而,在低能量的情况下(就像你在日常生活中所经历的能量水平),这种对称性被打破,导致伴侣粒子的质量暴涨。这个机制很重要,因为它也恰好解释了为什么,例如,重力比其他力弱得多。计算起来有点复杂,但简单的版本是:宇宙中有东西断裂了,导致正常粒子的质量比它们的超级伴侣小很多。同样的断裂作用也可能对重力造成了惩罚, ,削弱了重力相对于其他力的强度。漂亮的。[关于引力的6个奇怪事实]
 
健康长寿
 
为了寻找超对称性,一群物理学家加入进来,建造了名为大型强子对撞机(Large Hadron Collider)的原子加速器。
 
简单地说,我们找不到任何合作粒子。零。无价值之物。没有什么结果。世界上最强大的对撞机并没有出现超对称性的迹象,粒子以接近光速的速度绕着一个圆形装置旋转,然后相互碰撞,有时会产生奇异的新粒子。这并不意味着超对称性本身就是错的,但所有最简单的模型现在都被排除在外了。是时候放弃超对称性了吗?也许吧,但可能会有万福玛利亚:长寿粒子。
 
通常,在粒子物理学领域,你的质量越大,你就越不稳定,你就会越快地衰变成更简单、更轻的粒子。事情就是这样。由于伴生粒子都被认为很重(否则,我们现在应该已经看到它们了),我们预计它们会迅速衰变为我们可能认识的其他物质的簇射,然后我们就会相应地建造我们的探测器。
 
但如果伴侣粒子是长寿的呢?如果,通过一些奇异的物理现象(给理论学家几个小时的时间来思考,他们会想出足够多的怪癖来让它发生),这些粒子在尽职尽责地衰变成不那么奇怪的东西之前,设法逃脱了我们探测器的限制,那会怎么样?在这种情况下,我们的搜索结果将是完全空的,这仅仅是因为我们看得不够远。此外,我们的探测器不能直接探测这些长寿粒子。
阿特拉斯救援
 
2月8日,在预印服务器arXiv上发表的一篇最新论文中,大型强子对撞机(Large Hadron Collider)阿特拉斯(ATLAS,对环形大型强子对撞机设备的笨拙简称)合作团队的成员报告了对这种长寿粒子的研究。根据目前的实验设置,他们不能搜索所有可能的长寿粒子,但他们可以搜索质量是质子质量5到400倍的中性粒子。
 
阿特拉斯团队寻找的长寿粒子不在探测器的中心,而是在探测器的边缘,这使得这些粒子可以在几厘米到几米的任何地方移动。从人类的标准来看,这似乎并不遥远,但对于巨大的基本粒子来说,这就像是已知宇宙的边缘。
 
当然,这并不是第一次寻找长寿粒子,但它是最全面的,几乎使用了大型强子对撞机实验记录的全部重量。
 
结果是:什么都没有。零。无价值之物。没有什么结果。
 
没有任何长寿粒子的迹象。
 
这是否意味着这个想法也已经死了?不完全是——这些仪器并不是专门用来捕猎这些野生动物的,我们只能靠现有的东西勉强度日。在我们真正捕捉到长寿粒子之前,可能还需要专门设计的新一代实验来捕捉长寿粒子。
 
或者,更令人沮丧的是,杏耀连接它们根本不存在。这意味着这些生物——连同它们的超对称伙伴——实际上只是狂热的物理学家们凭空想象出来的幽灵,而我们真正需要的是一个全新的框架来解决现代物理学中一些突出的问题。
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