Supersymetria: Možné strašidelné spojenie medzi časticami

Každý, kto študoval základnú vedu, vie o atóme: základný stavebný blok hmoty, ako ho poznáme. Všetci sme spolu s našou planétou, slnečnou sústavou, hviezdami a galaxiami, tvorení atómov. Atómy samotné sú však vyrobené z oveľa menších jednotiek nazývaných „subatomické častice“ - elektróny, protóny a neutróny. Nazýva sa štúdium týchto a ďalších subatomárnych častíc „časticová fyzika“ štúdium povahy a interakcií medzi týmito časticami, ktoré tvoria hmotu a žiarenie.

Jednou z najnovších tém vo výskume častíc je „supersymetria“, ktorá sa podobá strunám teória, používa modely jednorozmerných reťazcov namiesto častíc na vysvetlenie určitých javov, ktoré ešte stále nie sú dobre známe. Teória hovorí, že na začiatku vesmíru, keď sa tvorili základné častice, sa vytvoril rovnaký počet takzvaných „superčastíc“ alebo „superpartnerov“ súčasne. Aj keď táto myšlienka ešte nie je dokázaná, fyzici ju používajú nástroje ako Large Hadron Collider hľadať tieto častice. Ak existujú, prinajmenšom by zdvojnásobili počet známych častíc vo vesmíre. Aby sme pochopili supersymetriu, je najlepšie začať tým, že sa pozrieme na častice

Subatomické častice nie sú najmenšie jednotky hmoty. Pozostávajú z ešte jemnejších divízií nazývaných elementárne častice, ktoré fyzici sami považujú za excitácie kvantových polí. Vo fyzike sú polia regióny, v ktorých je každá oblasť alebo bod ovplyvnená silou, ako je gravitácia alebo elektromagnetizmus. „Kvantové množstvo“ znamená najmenšie množstvo fyzickej entity, ktorá sa podieľa na interakciách s inými entitami alebo je ovplyvnená silami. Energia elektrónu v atóme je kvantovaná. Svetelná častica nazývaná fotón je jediné množstvo svetla. Pole kvantová mechanika alebo kvantová fyzika je štúdium týchto jednotiek a vplyv fyzických zákonov na ne. Alebo si to predstavte ako štúdium veľmi malých polí a diskrétnych jednotiek a ako sú ovplyvnené fyzickými silami.

Všetky známe častice, vrátane čiastkových atómov, a ich interakcie sú opísané teória nazývaná štandardný model. Má 61 elementárnych častíc, ktoré sa môžu kombinovať a tvoriť kompozitné častice. Zatiaľ to nie je úplný popis prírody, ale dáva to dosť na to, aby sa pokúsili fyzici častíc a porozumieť niektorým základným pravidlám o tom, ako sa tvorí, najmä na začiatku vesmír.

Štandardný model popisuje tri zo štyroch základných síl vo vesmíre: elektromagnetická sila (ktorá sa zaoberá interakciami medzi elektricky nabitými časticami), slabá sila (ktorá sa týka interakcie medzi subatomickými časticami, ktorá vedie k rádioaktívnemu rozkladu), a silná sila (ktorý drží častice pohromade na krátke vzdialenosti). Nevysvetľuje to to gravitačná sila. Ako je uvedené vyššie, opisuje tiež 61 doposiaľ známych častíc.

Štúdium najmenších častíc a síl, ktoré ich ovplyvňujú a riadia, viedlo fyzikov k myšlienke supersymetrie. Tvrdí, že všetky častice vo vesmíre sú rozdelené do dvoch skupín: bozóny (ktoré sú ďalej klasifikované ako obrysové bozóny a jeden skalárny bozón) a fermióny (ktoré sa ďalej klasifikujú ako kvarky a antikvarky, leptóny a leptóny a ich rôzne „generácie“). Hadróny sú zložené z viacerých kvarkov. Teória supersymetrie predpokladá, že existuje súvislosť medzi všetkými týmito typmi častíc a podtypmi. Napríklad supersymetria hovorí, že pre každý bozón musí existovať fermión, alebo pre každý elektrón naznačuje, že je superpartner nazývaný „selektón“ a naopak. Títo superpartneri sú nejakým spôsobom prepojení.

Supersymetria je elegantná teória, a ak sa preukáže, že je to pravda, šlo by to ďaleko k pomoci fyzici úplne vysvetlia stavebné kamene hmoty v rámci štandardného modelu a uvedú gravitáciu do internetu zložiť. Doteraz však superpartnerské častice neboli zistené pri pokusoch s použitím Veľký Hadron Collider. To neznamená, že neexistujú, ale že ešte neboli odhalené. Môže tiež pomôcť fyzikom častíc, aby zachytili masu veľmi základnej subatomickej častice: Higgsov bozón (čo je prejavom niečo, čo sa volá Higgsove pole). Toto je častica, ktorá dáva všetkej hmote svoju hmotu, takže je dôležité dôkladne porozumieť.

Pojem supersymetrie, hoci je extrémne komplexný, je vo svojom srdci spôsobom ponorenia sa hlbšie do základných častíc, ktoré tvoria vesmír. Aj keď si časticoví fyzici myslia, že v subatomárnom svete našli najzákladnejšie jednotky hmoty, stále sú ďaleko od úplného pochopenia. Bude teda pokračovať výskum povahy subatomárnych častíc a ich prípadných superpartnerov.

Supersymetria môže fyzikom tiež pomôcť prihýbať sa povaha temnej hmoty. Je to (doteraz) neviditeľná forma hmoty, ktorú je možné nepriamo zistiť jej gravitačným účinkom na bežnú hmotu. Mohlo by sa dobre zistiť, že tie isté častice, ktoré sa hľadajú vo výskume supersymetrie, môžu mať ponětí o povahe temnej hmoty.