Riesiges Atom Smasher Drehzahlen Up: Physiker zeigen, was sie sind auf der Suche für

Die weltweit größte Atom Smasher ist Neuland betreten.

Der Large Hadron Collider (LHC), ein 17-Meile-langen (27 Kilometer) unterirdischen Ring in Genf, Schweiz, revved wieder letzte Woche auf doppelte seiner früheren macht. Die gigantischen Teilchenbeschleuniger beginnt nun auf der Suche nach schwer fassbaren subatomaren Teilchen an 13 Teraelektronenvolt (TeV).

Der erste Lauf des LHC hatte ein einziges übergeordnetes Ziel: Suche nach dem Higgs-Boson, das Teilchen, das erklärt, wie andere Teilchen ihre Masse erhalten. Mit dieser Aufgabe im Jahr 2012 erreicht sind Wissenschaftler jetzt auf der Suche nach völlig neuen Physik.

Wissenschaftler wissen, gibt es mehr gibt als das Standardmodell, das amtierende Physik Paradigma beschreibt subatomaren Teilchen erklärt werden kann. Gerade jetzt, es gibt Dutzende von Theorien zu erklären, das unbekannte, mit Hunderten von potenziellen Partikel von Twin Higgs Teilchen aus einer anderen Dimension. Die meisten dieser exotische Vorschläge werden erweisen sich als mathematische Fantasien. [Fotos von der weltweit größten Atom Smasher]

Also welche Partikel Physiker denken sind am ehesten zu finden? Wir sprachen mit ein paar Physiker zu ihrer Liste der "most wanted Partikel."

1. die fünfte dimension

Angetriebene LHC möglicherweise endlich in der Lage für die Existenz von extra-Dimensionen, zu testen, sagte Lisa Randall, ein String-Theoretiker an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts.

Einige der vielversprechendsten Partikel sind so genannte Kaluza-Klein-Partner der das Graviton, Randall sagte. Diese Elementarteilchen basieren auf einer Theorie, vorgeschlagen in den 1920er Jahren von den Physikern Theodor Kaluza und Oskar Klein, die stützt sich auf eine fünfte Dimension, Elektromagnetismus und Gravitation zu vereinen.

Wenn ein Kaluza-Klein-Teilchen in eine fünfte Dimension vorhanden ist, könnte es irgendwie mit anderen Teilchen über die bekannten Kräfte interagieren. [5 Gründe können wir in einem Multiversum Leben]

"Die Kaluza-Klein-Partner der das Graviton ist eine sehr saubere Sache zu suchen," Randall sagte Leben Wissenschaft, weil es in Teilchen-Physiker zerfallen könnte bereits, wie Elektronen und Myonen messen. Ein Überschuss an Elektronen und Myonen über Standard Modellvorhersagen daher ein Zeichen der extra-Dimensionen sein könnte, sagte sie.

Randall sagte jedoch, dass sie ihren Atem ist nicht für jede neuen Entdeckungen.

"Ich denke, dass wir wirklich glücklich, etwas in diesem Lauf zu sehen sein," sagte Randall. Das ist weil der LHC ist noch weniger mächtig als andere, zuvor vorgeschlagen Atomwissenschaftler. Auf dieser "geringen" Energie-Ebene muss es nicht wirklich die Möglichkeit, extra-Dimensionen, gründlich suchen sie sagte.

(2) Higgs, lerne dein Zwilling!

Als Wissenschaftler im Jahr 2012 das Higgs-Boson entdeckt, Physiker überall freute sich und sagte, dass das Standard-Modell abgeschlossen war. Also warum sind sie so aufgeregt zu suchen, mehr von der gleichen?

Es stellt sich heraus, dass neue Teilchen Higgs-wie viele heikle Fragen lösen würde, sagte S. James Gates, Jr., der Direktor des Center for String und Teilchen Theorie an der University of Maryland.

"Wenn es gibt mehr, die allerlei neue Perspektiven eröffnen würde," sagte Gates Leben Wissenschaft.

Viele Forscher erwarten neue Higgs-Teilchen, weil solche Teilchen von Supersymmetrie, in welcher alle bekannten Teilchen vorhergesagt sind supersymmetrischen Partner haben. Aber neue Higgs-Teilchen zeigen könnte auch eine völlig neue Kraft jenseits der vier fundamentalen Kräfte, die derzeit bekannt, sagte Gates.

Diese geheimnisvolle Higgs-Geschwister würden sich offenbaren, wenn am LHC Protonen kollidieren und produzieren neue Higgs-Teilchen, die dann in Tau-Leptonen oder W oder Z-Bosonen zerfallen würde. Physiker erkennen würde diese neue Higgs-Teilchen durch ein Übermaß an Tau-Leptonen oder W oder Z-Bosonen oben was das Standard-Modell sagt voraus, sagte JoAnne Hewett, der Direktor der Abteilung der Elementarteilchen-Physik am SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Kalifornien. Ein viel versprechender Kandidat sagte der "Twin Higgs", sie. [Sparticles, Neutrinos: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

3. doppelte die Mühe!

Der aktuelle Ausführung des LHC könnte auch Beweise für die Supersymmetrie, finden, die mindestens das Doppelte der Liste von Partikeln in Physiker Katalog würde.

Forscher haben lange mit einem Paradoxon, bekannt als der Hierarchie Problem, in dem der Schwerkraft viele ist, viele Größenordnungen kleiner als die schwache Kernkraft (10 potenziert mit dem 32. kleinere) auseinandergesetzt.

Wenn Wissenschaftler die Mathematik ausarbeiten, bedeutet dies, dass das Higgs-Boson viel größer sein sollte nach den Berechnungen von der Standard-Modell, als es auf Daten aus dem LHC erscheint. Dass bedeutet, dass Physiker entweder müssen in eine mathematische Mogelfaktor, die Diskrepanz zu erklären hinzufügen – oder möglicherweise, dass neue supersymmetrische Teilchen auf die Diskrepanz kündigen können, sagte Hewett...

Die letzte Ausführung des LHC ausgeschlossen bestimmte Aromen der Supersymmetrie, aber die allgemeine Idee ist noch sehr viel in der laufenden Hewett sagte. Überprüfen der Supersymmetrie sollten Forscher wirklich etwas sehen in der aktuellen ausführen, die hat genug Kraft zu sehen, viel schwerere Teilchen als die Vergangenheit laufen. Wenn sie keine Partikel in der aktuellen Ausführung nicht angezeigt wird, das würde bedeuten, die Masse der Partikel, die existierten wäre schwerer als das bekannte Higgs-Boson – und schwerere Teilchen nicht arbeiten, um die mathematischen Diskrepanz zwischen der scheinbaren und berechnete Higgs-Masse heben, sagte sie.

"Mit diesem kommenden Lauf, das ist die entscheidende Zeit für schwach-Skala Supersymmetrie" Hewett erzählte Leben Wissenschaft.

(4) dunkle Materie lauern

Ein weiterer Top-Anwärter für die "most wanted Partikel" ist ein Teilchen, dunklen Materie zu erklären. Etwa 80 Prozent des Universums aus eine unsichtbare Materie besteht, die übt eine Anziehungskraft auf gewöhnliche Materie, sondern interagiert nicht mit Licht, sagte Gates.

Wenn jedoch dunkle Materie mit gewöhnlicher Materie durch den schwachen Kernkräfte wechselwirkt, dass Interaktion in der riesigen Teilchenbeschleuniger, einige Spuren hinterlassen könnte sagte dann Hewett.

Teilchen der dunklen Materie würde wahrscheinlich Verhalten sich ähnlich, Neutrinos, geisterhafte Teilchen, die mit gewöhnlichen interagieren nicht egal außer indirekt. Anzeichen von Teilchen der dunklen Materie könnte noch im LHC-Daten, obwohl auftauchen.

"Was man zu sehen ist fehlt Energie, oder fehlende Dynamik", sagte Hewett.

Dunkle-Materie-Teilchen und supersymmetrischen diejenigen sich nicht gegenseitig ausschließen, obwohl; eines der besten Kandidaten für die dunkle Materie von Supersymmetrie vorgeschlagen wird, sagte Gates.

(5) Teeny winzige Partikel

Gemäß dem Standardmodell der Bausteine der Materie 12 und 12 Antimaterie-Teilchen bestehen. Dies sind die kleinsten Teilchen bekommen, je nach Modell. Aber eine Theorie bekannt als "Zusammengesetztheit" schlägt vor, diese grundlegenden Bausteine sind aus noch kleinere Stücke, bekannt als Preons.

Dieser höheren Energie-Lauf des LHC Anzeichen dieser Sub subatomaren Teilchen offenbaren könnte, aber das scheint weniger erfolgversprechend als Supersymmetrie, sagte Gates.

(6) die unbekannte Unbekannte

Während Wissenschaftler zuversichtlich, dass sie Teilchen finden, die können zu bestätigen oder zu widerlegen sind, bestehende Theorien, gibt es immer die Chance, etwas komplett aus der linken Feld Hewett sagte.

Auch wenn neue Entdeckungen nicht mit jedem gängigen Theorien passen, wäre sie noch eine fabelhafte Entdeckung, Gates sagte. Der schlimmste Fall wäre, nichts neues, entdecken die Teilchenphysiker bei einem vollständigen Verlust für die nächsten Schritte verlassen würden, sagte Gates.

"Wir haben viele, viele mathematische Spekulationen wie Supersymmetrie, Zusammengesetztheit, zusätzliche Kräfte", sagte Gates. "Aber wenn wir einen wirklich guten Tipp von Mutter Natur an einem Ort wie dem LHC, junge nicht bekommen, sind wir auf dem Fluss sein."

Folgen Sie Tia Ghose auf Twitter und Google + . Leben zu folgen, Wissenschaft @livescience, Facebook & Google +. Ursprünglich veröffentlicht am Leben Wissenschaft.