როგორ ჩაძირულა ეს თემა.
დღეს საინტერესო სტატიას გადავაწყდი ერთერთ პრესტიჟულ ჟურნალში და გთავაზობთ მის თარგმანს:
წყარო:
http://physics.aps.org/viewpoint-for/10.11...Lett.106.131802 დიდი ადრონული კოლაიდერი იწყებს სუპერსიმეტრიის ძებნის მარათონს ნაწილაკების ფიზიკის დარგის ტოპ-პრიორიტეტი არის სუპერსიმეტრიის თეორიით ნაწინასწარმეტყველები ნაწილაკების ძებნა – თეორია, რომელიც ისწრაფვის ახსნას უმეტესობა ფიზიკური მოვლენებისა, რომლებიც გაუგებარია სტანდარტული მოდელის საშუალებით. ახლა, ათასობით მსოფლიო მეცნიერების ათეულობით წლების მუშაობის შემდეგ გამოჩნდა ატლასის (ATLAS) მეცნიერერების მოხსენება სამეცნიერო ჟურნალ “Physical Review Letters”-ში[1], და CMS მეცნიერების მსგავსი სტატია [2] წარმოგვიდგენს სუპერსიმეტრიის ძებნის პირველ შედეგებს 7 ტერაელექტრონვოლტზე ცერნის დიდ ადრონულ კოლაიდერში (LHC). ვინაიდან, ამ ადრეულმა კვლევებმა ვერ აღმოაჩინეს დიდი ხნის წინ ცნობილი ნაწილაკები, ახლა კარგი მიზეზია დავიჯეროთ, რომ სუპერსიმეტრია LHC–ში ელოდება ღმოჩენას.
ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი დაუჯერებლად წარმატებული იყო, მაგრამ რამოდენიმე ფიზიკოსს სჯერავს, რომ მან ამოწურა თავისი შესაძლებლობები. ეს მოდელი ვერ სხნის, თუ რატომ აქვს ნაწილაკებს მასა, ბნელი მატერიის და ბნელი ენერგიის არსებობას სამყაროში, ან მატერიის სიჭარბეს ანტიმატერიასთან შედარებით. ასევე, სტანდარტული მოდელი ვერ ერთიანდება გრავიტაციის კვანტურ თეორიასთან. უამრავ თეორიებს შორის, რომლებიც სტანდარტული მოდელის საზღვრებს სცილდებიან, არის რამოდენიმე საკმარისად დამაჯერებელი თეორია, რომლებიც იძლევიან ნაწილაკების ძებნის დაწვრილებით და სისტემურ გეზს, თუკი ისინი ნამდვილად არსებობენ ბუნებაში. სუპერსიმეტრია არის ერთერთი ასეთი თეორია [3]. არსებითად, სუპერსიმეტრიის თეორია წინასწარმეტყველებს ჯერჯერობით დაუმზერელ სიმეტრიას ფერმოიონებსა და ბოზონებს შორის. მაგალითად, კვარკებს და ლეპტონებს ჰყავთ თავიანთი ბოზონური ორეული, რომლებსაც ხშირად შ-კვარკებს და S-ლეპტონებს ეძახიან. და ეს და სხვა “S-ნაწიალკები” შეიძლება მოიძებნოს LHC მაღალი ენერგიის კოლაიდერებში.
ახალი ნაწილაკების მთელი ნაკრების წინასწარმეტყველების ფასად, სუპერსიმეტრიის თეორია ხსნის სტანდარტული მოდელის მრავალ გადაუჭრელ ამოცანას. მაგალითად, სტანდარტული მოდელი პროგნოზირებს ჰიგსის ბოზონის მასის შესწორების დივერგენციულ სიდიდეს, მაგრამ სუპერსიმეტრიის თეორია გვთავაზობს ამ პრობლემის თავიდან აცილების გზას, იმის გათვალისწინებით, რომ S-ნაწილაკები არ არიან ძალიან მძიმე [4]. სხვა საინტერესო შესაძლებლობაა, რომ სუპერსიმეტრიის თეორია გვთავაზობს განსხვავებული ძალების შეწყვილების მუდმივების გაერთიანების გზას მაღალ ენერგიებზე. მოთხოვნილება, რომ ეს აუცილებლად უნდა შესრულდეს არ არსებობს, მაგრამ ელექტროსუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების ძალების გაერთიანება საოცნებო საკითხია[5]. სუპერსიმეტრიის თეორიის ბევრ ვერისას აქვს შენახვის დამატებითი კანონები, რომლებიც კრძალავენ სუპერსიმეტრიის უმსუბუქესი ნაწილაკების დაშლას. არა მხოლოდ ეს ნაწილაკები ხდებიან შავი მატერიის კანდიდატები, არამედ, ამ კონტექსტში, სუპერსიმეტრიის თეორია შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ადრეული სამყაროს ფიზიკის და შავი მატერიის ნარჩენი სიმკვრივის გამოთვლებისათვის, რომლებიც თანამედროვე კოსმოლოგიის ცენტრალური პრობლემებია [6]. დაბოლოს, სუპერსიმეტრიის თეორია იძლევა კვანტური გრავიტაციის სუპერსიმების თეორიასთან კავშირის შესაძლებლობას.
ვინაიდან, სუპერსიმეტრიის თეორიის ყველა შესაძლო ვერსიის შემოწმება შეუძლებელია, LHC და მისი გიგანტური დეტექტორი დაპროექტდა ისე, რომ იყოს ძალიან მგრძნობიარე ყველაზე უფრო საყურადსაღებო მოდელებისათვის. ექსპერიმენტულმა შეზღუდვებმა და თეორიის მითითებებმა შეავიწროვეს პარამეტრების სივრცე, რომლის ფარგლებშიც უნდა ვინადიროთ ახალ ნაწილაკებზე. კოსმოლოგიის ბნელი მატერიის მოდელები ემხრობიან სუსტად ურთიერთქმედ ნეიტრალურ ნაწილაკს 100 Gev/c^2 მასის ფარგლებში. მაღალი ენერგიების ზღვარზე მომუშავე ფერმილაბში და LEP-ში S-ნაწილაკების ვერ აღმოჩენა გვთავაზობს, რომ უმეტესობა მძიმე სუპერწყვილი ნაწილაკების მასები უნდა აჭარბებდნენ ასეულობით გიგაელექტრონვოლტს [3]. გარდა ამისა, S-ნაწილაკები არ უნდა იყვნენ რამოდენიმე ტერაელექტრონვოლტზე მძიმე, თუ სუპერსიმეტრიის თეორია გვთავაზობს ჰიგსის ბოზონის სწორ მასას. ამ ყველაფრის გათვალისწინებით, აზრს მოკლებული არ იქნება, თუ ვიფიქრებთ, რომ შევედით შესაძლებლობების ოქროს ფანჯარაში, რამეთუ S-ნაწილაკების მასები სავსებით შესაძლებელია მოთავსდნენ LHC–ის შესაძლებლობების ფარგლებში.
2010 წელს LHC–მ დაიწყო მაღალი ენერგიის პროტონ-პროტონული დაჯახებები და CMS–მა და ATLAS–მა კი – მონაცემების შეგროვება. ეს არ იყო ზღვა მონაცემები (ფერმილაბის ექსპერიმენტებში შესწავლილ იქნა 250-ჯერ მეტი დაჯახება), მაგრამ კომპენსცია გაკეთდა უფრო მარალი ენერგიის დაჯახებებით (3.5 –ჯერ უფრო მაღალი), რამეთუ უფრო ადვილი უნდა ყოფილიყო სასურველი S-ნაწილაკების წარმოქმნა. ახალი და დიდი ხნის ნანატრი ერა ოფოციალურად დაიწყო ნაწილაკების ფიზიკაში.
უზარმაზარია ექსპერიმენტული ცდების ჩატარების სურვილი სუპერსიმეტრიის თეორიის თუნდაც ცალკეული ვერიის შესამოწმებლად, და ლიტერატურა სავსეა გონივრული შემოთავაზებებით. იმისათვის, რომ შესწავლილი და დაზოგილი იქნეს რესურსები, მოცემული შესაძლო საბოლოო მდგომარეობების ნახევრად-უსასრულო რაოდენობისას, ექსპერიმენტატორებმა აირჩიეს ფოკუსირება მოეხდინათ სუპერსიმეტრიის თეორიის ერთ-ერთ ყველაზე უფრო პირდაპირ და კარგად შესწავლილ ვერსიაზე, რომელიც ყველა ზევით დასახელებულ კრიტერიუმს აკმაყოფილებს. ეს ვერსია, რომელიც სუპერსიმეტრიის თეორიის მინიმალური მოდელია, და რომელიც მოიცავს ასევე გრავიტაციასთან შესაძლო გაერთიანების შესაძლებლობას, ცნობილია როგორც მინიმალური სუპერგრავიტაცია, ან შემოკლებით ემ-სუგრა (mSUGRA) [7]. პრაქტიკული თვალსაზრისით, მას დიდი უპირატესობა გააჩნია, რადგან აღიწერება მხოლოდ მცირე რაოდენობის პარამეტრებით.
თუ ემ-სუგრა გამოსადეგია ბუნების აღსაწერად, და მასები საკმარისად მცირეებია, მაშინ LHC–ის უზარმაზარმა ენერგიამ უნდა შეძლოს კვარკების და გლუონების სუპერსიმეტრიული ვერსიების (ცნობილია როგორც S-კვარკები და გლუინოები) დიდი რაოდენობით წარმოქმნა. ეს ნაწილაკები შემდგომ სწრაფად უნდა დაიშალნონ, და იმაზე დამოკიდებულებით თუ როგორ დაიშლებიან, მათი დაშლის პროდუქტი იდენტიფიცირებულ უნდა იქნეს დეტექტორების მიერ. მაგალითად, შესაძლოა კვარკების და გლუონების იდენტიფიკაცია (რომლებიც წარმოქმნიან ჰადრონების ჯეტებს, და მარტივად ჯეტებს უწოდებენ). იგივე სამართლიანია Wდა Z ვექტორული ბოზონებისათვის, რომლებიც იშლებიან კარგად ცნობილ ლეპტონებად (ელექტრონები, მიუონები, ან ტაუები), ან კვარკებად (ჯეტები). დამატებით ამ ცნობილი ნაწილაკებისა, ყოველი ნაწილაკი საბოლოოდ დაიშლება უმსუბუქეს სუპერსიმეტრიულ ნაწილაკად, რომელიც ენერგიის შენახვის კანონის თანახმად, იქნება სტაბილური, თუ ის ბნელი მატერიის წარმომადგენელი, ბუნებრივი და სუსტად ურთიერთქმედი იქნება. მან უნდა დატოვოს დეტექტორი ურთიერთქმედების გარეშე. ეს “მბოლავი ქვემეხი” ცნობილია როგორც “დაკარგული” ენერგია. ვინაიდან გვაქვს სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების დაშლის უამრავი გზა, ამიტომ საბოლოო მდგომარეობის მქონე ნაწილაკების ბევრი კომბინაცია არსებობს; მეცნიერები ეძებენ ამ ყველა კომბინაციას. მაგალითად, CMS-მა გამოაქვეყნა დაკარგული ენერგიის შემთხვევები, უამრავი ჯეტებით [2]; ხოლო ატლასმა (ATLAS) – ერთი ლეპტონის ძებნის შედეგი, დაგარკული ენერგიით და უამრავი ჯეტებით [1]. არსებობს ასევე უამრავი ‘’ოქროს” საძიებო მოდები, მრავალრიცხოვანი ლეპტონებით, ჯეტებით და დაკარგული ენერგიით, და ამ ყველაფრის შედეგები ჯერ კიდევ წინაა.
სამწუხაროდ, მონაცემები ჯერ კიდევ თავსებადია სამყაროსთან, რომელიც სტანდარტული მოდელით აღიწერება. თუმცა, ყოველთვის საინტერესოა ახალი აღმოჩენა; მკვლევარებმა ყოველთვის უნდა წარმოაჩინონ თავიანთი კვლევის შესაძლებლობა, იმისათვის რომ გახადონ მათი ექსპედიცია უფრო მისაღები საზოგადოებისათვის. როგორც დამახასიათებელია სუპერსიმეტრიის ძიებისათვის, მკვლევარებმა დააწესეს თავიანთი კვლევების მგრძნობიარობის გამომჟღავნების 95% კონფედენციალობის ზღვარი. შედარებისათვის, ყველაზე უფრო მგრძნობიარე ზღვარი ფერმილაბის ტევატრონიდან – შესაბამის მოდელებში, მაგრამ პარამეტრების სივრცის ერთეულ წერტილებზე – მიღწეულ იქნა მხოლოდ 2 ტერაელექტრონვოლტის ენერგიის მქონე დაჯახებებზე, მაგრამ უგულებელყოფილ იქნა 100 ჯერ მეტი მონაცემი და 400 Gev/c^2 მასაზე ქვემოთ მყოფი s-კვარკები [3]. სხვა სიტყვებით, თუ ვერ ვიტყვით, რომ s-კვარკი ან გლუიონი არ არსებოს 400Gev/c^2 მასით, მაშინ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თუ ის არსებობს მოცემული მოდელის ფარგლებში, მაშინ ექსპერიმენტების 95%-ში ის უნდა დამზერილიყო. რადგან ის ვერ დაიმზირა, მას უგულებელვყოფთ მოცემულ დონეზე. ატლასის შედეგებში s-კვარკები უგულებელყოფილ იქნა 700 Gev/c^2 –მდე, გარკვეული მოდელების ფარგლებში [1]. CMS-მა გამოაქვეყნა მსგავსი მგრძნობიარობის ზღვარი, მაგრამ არა იდენტური მოდელები [2].
სუპერსიმეტრიის ასეთი ტიპის ძიებისათვის, ფერმილაბიდან ესტაფეტა სრულიად გადაეცა LHC–ს. იმ დროს, როცა არ არსებობს LHC–ში სუპერსიმეტრიის აღმოჩენის გარანტია, უმეტესობა ფიზიკოსებისა ფიქრობენ, რომ ენერგეტიკული სივრცის ძირითადი ნაწილი ფინალში იმყოფება. 2010 წლის მონაცემები, უფრო მეტი ამ წელს, გაორმაგებული ენერგიის დაჯახებები და შესაძლო 1000-ჯერ უფრო მეტი მონაცემი არც თუ ისე შორეულ მომავალში, ეს ყველაფერი გვაფიქრებინებს, რომ LHC-ი მისცემს ექპერიმენტატორებს ან სუპერსიმეტრიის აღმოჩენის შესაძლებლობას, თუ მას აქვს 2 ტერაელექტრონვოლტი ან მცირე მასა, ან ათქმევინებს “ალბათ ეს არაა მართალი”. ისტორია გვასწავლის, რომ დიდი აღმოჩენები ახალი ხელსაწყოებით კეთდება; მოდით, ვიმედოვნოთ, რომ ისტორია, ასე თუ ისე, ჩვენს მხარეზეა.
ავტორი: David Toback
თარგმნა: ასფურცელა
ლიტერატურა:
1.G. Aad et al. (ATLAS Collaboration), Phys. Rev. Lett. 106, 131802 (2011).
2.CMS Collaboration, Phys. Lett. B (to be published); arXiv:1101.1628v1.
3.See, e.g., D. Toback, Mod. Phys. Lett. A 24, 3063 (2009); A. Duperrin, Eur. Phys. J. C 59, 297 (2009).
4.S. Weinberg, Phys. Rev. D 13, 974 (1976); Phys. Rev. D 19, 1277 (1979); E. Gildener, Phys. Rev. D 14, 1667 (1976); L. Susskind, Phys. Rev. D 20, 2619 (1979); G. ’t Hooft, in Recent Developments in Gauge Theories, Proceedings of the NATO Advanced Summer Institute, Cargese, 1979 (Plenum, New York, 1980)[Amazon][WorldCat].
5.U. Amaldi, W. de Boer, and H. Furstenau, Phys. Lett. B 260, 447 (1991).
6.H. Goldberg, Phys. Rev. Lett. 50, 1419 (1983); J. Ellis, J. Hagelin, D. Nanopoulos, K. Olive, and M. Srednicki, Nucl. Phys. B 238, 453 (1984).
7.A. H. Chamseddine, R. Arnowitt, and P. Nath, Phys. Rev. Lett. 49, 970 (1982); R. Barbieri, S. Ferrara, and C. A. Savoy, Phys. Lett. 119B, 343 (1982); L. Hall, J. Lykken, and S. Weinberg, Phys. Rev. D 27, 2359 (1983); P. Nath, R. Arnowitt, and A. H. Chamseddine, Nucl. Phys. B 227, 121 (1983).
დიდი ადრონული შეჯახება (LHC), LHC, ქვეყნის აღსასრულს გამოიწვევს?!
თბილისის ფორუმი -> თემატური ფორუმი -> მეცნიერება და განათლება -> ტექნიკური და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები
