Atom-Smashers finden Sie etwas nicht So Charme-Ing

Die neue Generation der Atom-Schlächter wie dem Large Hadron Collider bietet Hinweise, daß neue Physik (und exotischen neuen Teilchen) Entdeckung warten. Und Wissenschaftler erreichen nur den Punkt, wo sie diese Alternativen zu erkunden.

Auf einer Pressekonferenz bot Sonntag (14. April) auf der Tagung der American Physical Society in Denver, drei Diskussionsteilnehmer ihre nimmt auf der Suche nach neuen Teilchen-Arten, darunter eine Struktur, die noch nie zuvor gesehen, und zur Bestätigung, dass ein Modell namens Supersymmetrie wahr sein könnte.

Die neue Struktur, derzeit genannt Y(4140), wurde in experimentellen Daten am Fermilab und dem Large Hadron Collider (LHC) entdeckt. "Wir wissen nicht, was es ist," sagte Kai Yi, Physiker an der University of Iowa und einer der Diskussionsteilnehmer. Es könnte irgendeine exotische neue Kombination von Quarks, obwohl nicht die so genannten Charmonium sein, die Charm-Quarks, oder etwas anderes völlig beinhaltet. [Über Higgs: 5 schwer fassbaren Teilchen, die auf Entdeckung warten]

Yi sagte, dass aktuelle anerkannte Modellen von Teilchen Quarks genannt machen Vorhersagen über was man im Beschleuniger Teilchenkollisionen finden sollte. Während Physiker diese nahe Lichtgeschwindigkeit Kollisionen direkt beobachten können, können sie "durch Hightech-Detektoren die Kaskade von Partikeln, die sich ergeben sehen"; Das ist, was Beobachter sagt welche Arten von Partikeln vor und während der Kollision wurden. In diesem Fall sah die Wissenschaftler etwas, das die Modellvorhersagen nicht passten. Ob es ein Teilchen oder etwas anderes noch eine offene Frage ist, sagte Yi.

Jenseits des Standardmodells

Viele aktuelle Theorien der Physik, die dominante Rahmen Standardmodell, sind gut getestet worden. Trotzdem, sagte Physiker haben noch viele unbeantwortete Fragen, insbesondere über Phänomene wie dunkle Materie, so verbinden Sie die fundamentalen Kräfte der Natur, in genannten Grand Unified Theorien so, Sung-Won Lee, Assistant Professor für Physik an der Texas Tech University.

"Wir haben drei Generationen der Elementarteilchen", sagte Lee. "Wir suchen nach Anzeichen für eine neue Physik... für Meinungsverschiedenheiten mit den Vorhersagen des Standardmodells."

Yi sagte, die neue Struktur könnte Beweise, die Quarks in unerwarteter Weise miteinander zu verbinden. Analyse von Daten aus dem LHC und seinem Vorgänger, dem Tevatron am Fermilab, sagte Yi, Y(4140) könnte eine Reihe von Quarks, die zusammen in einer Weise, die sie in der Regel nicht beigetreten sind. [Infografik: das Standardmodell erklärt]

Quarks sind die Grundbausteine der Materie. Sie kommen in sechs "Geschmacksrichtungen" —, down, strange, charm, unten und oben. Sie haben auch "Farbladung," die hat nichts mit Farbe zu tun, sondern ist eine Möglichkeit, eine mathematische Qualität der Quarks zu beschreiben.

Ein Proton besteht aus drei Quarks, zwei oben und eine unten, während ein Neutron aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark besteht. Protonen und Neutronen sind Baryonen. Quarks können auch verbinden mit Antiquarks und machen eine weitere Klasse von Teilchen genannt Mesonen, die in Teilchenbeschleunigern auftauchen.

Um ein Partikel aus Quarks zu machen, es ist notwendig, die "Farbe berechnen" summieren sich zu sein "farblosen" – so hat ein Proton, Quarks, die rot, grün und blau. Ein Meson, gebildet aus zwei Quarks, müssen einem Quark und einem Antiquark – zum Beispiel ein Pion (produziert in radioaktiven Zerfällen) ist ein Up-Quark und einem Anti-Down-Quark gemacht.

Yi sagte, dass eine solche "standard" Meson Charmonium, gemacht von einem Charm-Quark und eigenem Antiquark genannt wird. Die Struktur die LHC und Fermilab Experimenten gefunden habe nicht, aber entsprechen. Es gibt eine Menge Selbstvertrauen, dass diese Entdeckung ist nicht nur ein Artefakt der Daten oder eine Fluktuation. "Die Chance, dass dies nur eine Fluktuation ist man in 10 minus Siebtel," sagte er, oder 1 in 10 Millionen.

Es gibt viele Modelle namens "exotische Quark-Modelle", die annehmen, zum Beispiel, dass vier Quarks verknüpft sind. Aber Yi sagte, dass es alles andere als klar ist, welches Modell, wenn überhaupt, gilt auch hier.

Dunkle Materie und Supersymmetrie

Das Standardmodell wurde die Hauptstütze der Physik seit Jahrzehnten, und es wurde sehr erfolgreich – es vorhergesagt die Existenz des Higgs-Bosons, z. B. Beweise für die schließlich gefunden wurde letztes Jahr von einem Team von Physikern, die Arbeiten mit dem Large Hadron Collider (LHC). (Es ist noch nicht sicher, dass die entdeckten Higgs der gleichen Art ist, die man, von der Standard-Modell, aber erwarten könnte.)

Allerdings gibt es noch einige Probleme. Astrophysiker wissen beispielsweise, dass ein großer Teil des Universums besteht der so genannte dunklen Materie, eine unsichtbare Substanz, die nur mit anderen Stoffen über die Schwerkraft interagiert. Das Standardmodell hat Probleme entfallen, da macht die dunklen Materie aus Teilchen, denen wir kennen nicht die gleiche Sache bekommen würde. [8 verblüffende Geheimnisse der Astronomie]

Ein weiteres unbeantwortet Rätsel nennt man die Hierarchie Problem. Die Schwerkraft ist 10 ^ 32-Mal schwächer als die schwache Kernkraft, die Phänomene wie Radioaktivität regelt. Es ist noch nicht klar warum, und Supersymmetrie Theorien möglicherweise eine Antwort auf dieses Problem.

Supersymmetrie (SUSY) ist eine Theorie, die besagt die Partikel, die Materie, genannt Fermionen bilden, und diejenigen, die Kräfte, genannt Bosonen, tragen alle haben "Superpartners." Die Superpartners hätten alle die gleichen Quanteneigenschaften mit einer Ausnahme, ihre Spins beschreibt. Fermionen-Elektronen, zum Beispiel — haben Hälfte-Ganzzahl Spins während Bosonen sogenannte Ganzzahl Runden haben.

Aber bisher hat niemand die supersymmetrischen Partner, bekannten Elementarteilchen gefunden – zumindest noch nicht. Lee sagte, dass der LHC gerade jetzt Energien nähert wo könnten einige dieser Teilchen gefunden werden.

In dieser Vene sagte Santiago Folgueras von der Universität von Oviedo in Spanien die jüngste arbeiten Wissenschaftler einen besseren Überblick wo sich SUSY Partikel gegeben hat, aber es ist schwer zu tun, weil es nicht viele "Veranstaltungen" oder Teilchen zerfällt, die Daten liefern. Die meisten der laufenden wurde bei der Festlegung der Untergrenze auf die Energien, die bei der supersymmetrischen Partner wahrscheinlich zu beachten sind.

Das bedeutet nicht, dass es keine Skeptiker von Theorien wie Supersymmetrie. Mikhail Shifman, Professor an der University of Minnesota, schrieb einen Aufsatz auf ArXiv, könnte eine Website wo Physiker ihre Forschungsergebnisse im Oktober 2012 sagen veröffentlichen, es gibt eine gute Chance Supersymmetrie Theorien eine Sackgasse sein. Er stellte fest, dass die Entdeckung des Higgs-Bosons eine solide Bestätigung des Standardmodells (zumindest bis jetzt war), aber keiner der supersymmetrischen Partner der Elementarteilchen noch gefunden wurde.

Matt Strassler, ehemaliger Professor für Physik an der Rutgers, sagte Shifman ein wenig verfrüht. Die LHC-Arbeit hat viele Arten von SUSY Theorie ausgeschlossen, obwohl keine breite Klasse von Theorien noch völlig ausgeschlossen wurde.

Viel mehr Arbeit erforderlich, um die Möglichkeiten einzugrenzen ist, sagte Lee. "Es ist, wie Sie Ihre Hochzeit Ring am Strand verloren und es finden müssen. Es ist ein großes Gebiet zu sehen."

Deshalb ist es wichtig für Wissenschaftler aus vielen Institutionen, diese Art von Arbeit zu tun, fügte er hinzu. "Hast du deine Freunde, die Sie suchen haben Sie eine viel bessere Chance zu finden."

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