Supersymmetry: En mulig spøgelsesforbindelse mellem partikler

Enhver, der har studeret grundlæggende videnskab, kender til atomet: den grundlæggende byggesten for stof, som vi kender det. Vi er sammen med vores planet, solsystemet, stjerner og galakser lavet af atomer. Men atomer i sig selv er bygget af meget mindre enheder kaldet "subatomiske partikler" —elektroner, protoner og neutroner. Undersøgelsen af ​​disse og andre subatomære partikler kaldes "partikelfysik" studiet af arten af ​​og interaktioner mellem disse partikler, der udgør stof og stråling.

Et af de seneste emner inden for partikelfysikforskning er "supersymmetri", som ligesom streng teori, bruger modeller af endimensionelle strenge i stedet for partikler til at forklare visse fænomener, der stadig ikke er godt forstået. Teorien siger, at i begyndelsen af ​​universet, da de rudimentære partikler blev dannet, blev der skabt et lige så stort antal såkaldte "superpartikler" eller "superpartnere" på samme tid. Selvom denne idé endnu ikke er bevist, bruger fysikere det instrumenter som Large Hadron Collider

Subatomiske partikler er ikke de mindste enheder af materie. De består af endnu tyndere opdelinger kaldet elementære partikler, som af fysikere i sig selv betragtes som ophidselser af kvantefelter. I fysik er felter regioner, hvor hvert område eller punkt påvirkes af en kraft, såsom tyngdekraft eller elektromagnetisme. "Quantum" henviser til den mindste mængde af enhver fysisk enhed, der er involveret i interaktion med andre enheder eller påvirket af kræfter. Elektronets energi i et atom kvantificeres. En lyspartikel, kaldet en foton, er en enkelt kvantitet af lys. Feltet af kvantemekanik eller kvantefysik er studiet af disse enheder, og hvordan fysiske love påvirker dem. Eller tænk på det som studiet af meget små felter og diskrete enheder, og hvordan de påvirkes af fysiske kræfter.

Alle kendte partikler, herunder de subatomære partikler, og deres interaktioner er beskrevet af en teori kaldet standardmodellen. Det har 61 elementære partikler, som kan kombineres til dannelse af sammensatte partikler. Det er endnu ikke en fuldstændig beskrivelse af naturen, men det giver nok for partikelfysikere at prøve og forstå nogle grundlæggende regler for, hvordan materie udgøres, især i de tidlige univers.

Standardmodellen beskriver tre af fire grundlæggende kræfter i universet: den elektromagnetiske kraft (som beskæftiger sig med interaktioner mellem elektrisk ladede partikler), den svage kraft (som beskæftiger sig med interaktionen mellem subatomære partikler, der resulterer i radioaktivt henfald), og den stærke kraft (som holder partikler sammen på korte afstande). Det forklarer ikke tyngdekraften. Som nævnt ovenfor beskriver den også de hidtil kendte partikler.

Undersøgelsen af ​​de mindste partikler og de kræfter, der påvirker og styrer dem, har ført fysikere til ideen om supersymmetri. Det fastholder, at alle partikler i universet er opdelt i to grupper: bosoner (som er underklassificeret i målebosoner og en skalærboson) og fermioner (som bliver underklassificeret som kvarker og antikvier, leptoner og anti-leptoner og deres forskellige "generationer). Hadronerne er sammensætninger af flere kvarker. Teorien om supersymmetri antyder, at der er en forbindelse mellem alle disse partikeltyper og undertyper. Så for eksempel siger supersymmetri, at der skal eksistere en fermion for hver boson, eller for hver elektron antyder det, at der er superpartner kaldet et "selectron" og vice versa. Disse superpartnere er forbundet med hinanden på en eller anden måde.

Supersymmetri er en elegant teori, og hvis det viser sig at være sandt, ville det gå langt i at hjælpe fysikere forklarer fuldstændigt byggestenene i materien inden for standardmodellen og bringer tyngdekraften ind i folde. Indtil videre er superpartnerpartikler imidlertid ikke detekteret i eksperimenter ved anvendelse af Stor Hadron Collider. Det betyder ikke, at de ikke findes, men at de endnu ikke er blevet opdaget. Det kan også hjælpe partikelfysikere med at fastlægge massen af ​​en meget basisk subatomær partikel: Higgs boson (hvilket er en manifestation af noget kaldet Higgs Field). Dette er partiklen, der giver alt stof sin masse, så det er vigtigt at forstå grundigt.

Selvom ekstrem kompleks er begrebet supersymmetri, er det en måde at dybt ned i de grundlæggende partikler, der udgør universet. Mens partikelfysikere mener, at de har fundet de helt basale materienheder i den subatomære verden, er de stadig langt fra at forstå dem fuldstændigt. Så forskning i arten af ​​subatomære partikler og deres mulige superpartnere vil fortsætte.

Supersymmetri kan også hjælpe fysikere med at nulstille arten af ​​mørkt stof. Det er en (hidtil) usynlig form for stof, der kan opdages indirekte ved dens gravitationseffekt på regelmæssigt stof. Det kunne godt finde ud af, at de samme partikler, der søges i supersymmetri-forskning, kunne indeholde en anelse om arten af ​​mørkt stof.