Jokainen, joka on opiskellut perustiedettä, tietää atomista: aineen perusrakennuksesta sellaisena kuin me sen tunnemme. Me kaikki yhdessä planeettamme, aurinkokunnan, tähtijen ja galaksien kanssa ovat atomista. Mutta atomit itse rakennetaan paljon pienemmistä yksiköistä, joita kutsutaan "subatomisiksi hiukkasiksi" - elektroneiksi, protoneiksi ja neutroneiksi. Näiden ja muiden subatomisten hiukkasten tutkimusta kutsutaan "hiukkasfysiikka" tutkia näiden hiukkasten, jotka muodostavat aineen ja säteilyn, luonnetta ja vuorovaikutusta.
Yksi hiukkasfysiikan uusimmista aiheista on "supersymmetria", joka, kuten naru teoria, käyttää yhden ulotteisen merkkijonon malleja hiukkasten sijaan selittämään tiettyjä ilmiöitä, joita ei vieläkään ymmärretä. Teorian mukaan maailmankaikkeuden alussa, kun alkeellisia hiukkasia muodostettiin, luotiin yhtä suuri määrä ns. "Superpartikkeleita" tai "superpartnereita" samanaikaisesti. Vaikka tätä ajatusta ei ole vielä todistettu, fyysikot käyttävät sitä välineitä, kuten suuri hadronikoppuri
etsiä näitä superpartikkeleita. Jos niitä on, se tuplaa ainakin tunnettujen hiukkasten määrän kosmossa. Supersymmetrian ymmärtämiseksi on parasta aloittaa tarkastelemalla hiukkasia, jotka olemme tunnetaan ja ymmärretään maailmankaikkeudessa.Subatomisten hiukkasten jakaminen
Subatomiset hiukkaset eivät ole pienimpiä aineyksiköitä. Ne koostuvat pienemmistä jakoista, joita kutsutaan alkuainehiukkasiksi, joita fyysikot itse pitävät kvanttikenttien herättäjinä. Fysiikassa kentät ovat alueita, joilla kuhunkin alueeseen tai pisteeseen vaikuttaa voima, kuten painovoima tai sähkömagneetismi. "Kvanti" tarkoittaa pienintä määrää fysikaalisia kokonaisuuksia, jotka ovat mukana vuorovaikutuksessa muiden olioiden kanssa tai joihin voimat vaikuttavat. Atomissa olevan elektronin energia kvantisoidaan. Kevyt hiukkanen, jota kutsutaan fotoniksi, on yksi valokvantti. Kenttä kvanttimekaniikka tai kvanttifysiikka on näiden yksiköiden tutkimus ja kuinka fyysiset lait vaikuttavat niihin. Tai ajattele sitä hyvin pienten kenttien ja erillisten yksiköiden tutkimisena ja kuinka fysikaaliset voimat vaikuttavat niihin.
Hiukkaset ja teoriat
Kaikki tunnetut hiukkaset, mukaan lukien alaatomiset hiukkaset, ja niiden vuorovaikutukset on kuvattu julkaisulla standardimalliksi kutsuttu teoria. Siinä on 61 alkuainehiukkasta, jotka voivat yhdistyä muodostaen yhdistelmähiukkasia. Se ei ole vielä täydellinen kuvaus luonnosta, mutta se antaa hiukkasfysiikan yrittäjille tarpeeksi ja ymmärtää joitain perussääntöjä aineen muodostamisesta, etenkin alkuvaiheessa maailmankaikkeus.
Vakiomalli kuvaa kolme neljästä maailmankaikkeuden perusvoimasta: sähkömagneettinen voima (joka käsittelee sähköisesti varautuneiden hiukkasten välistä vuorovaikutusta), heikko voima (joka käsittelee subatomisten hiukkasten vuorovaikutusta, joka johtaa radioaktiiviseen hajoamiseen), ja vahva voima (joka pitää hiukkasia yhdessä pienillä etäisyyksillä). Se ei selitä painovoima. Kuten edellä mainittiin, se kuvaa myös 61 tähän mennessä tunnettua hiukkasta.
Hiukkaset, voimat ja supersymmetria
Pienimpien hiukkasten ja niihin vaikuttavien ja hallitsevien voimien tutkiminen on johtanut fyysikot ajatukseen supersymmetriasta. Se väittää, että kaikki maailmankaikkeuden hiukkaset on jaettu kahteen ryhmään: bosonit (jotka alaluokitellaan mittaribosoneiksi ja yhdeksi skalaaribosoniksi) ja fermioneja (jotka alaluokitellaan kvarkeiksi ja antiquarkeiksi, leptoneiksi ja anti-leptoneiksi sekä niiden erilaisiksi "sukupolviksi"). Hadronit ovat yhdistelmiä useista kvarkeista. Supersymmetrian teorian mukaan kaikkien näiden partikkelityyppien ja alatyyppien välillä on yhteys. Joten esimerkiksi supersymmetria sanoo, että fermionin on oltava olemassa jokaiselle bosonille tai jokaiselle elektronille, se ehdottaa, että on olemassa superpartner, nimeltään "selectron", ja päinvastoin. Nämä superpartnerit on kytketty toisiinsa jollain tavalla.
Supersymmetria on tyylikäs teoria, ja jos sen todistetaan olevan totta, se menisi pitkälle kohti auttamista fyysikot selittävät täysin standardimallissa aineen rakennuspalikat ja tuovat painovoiman kertainen. Toistaiseksi superpartnerin hiukkasia ei ole kuitenkaan havaittu kokeissa, joissa käytetään Suuri hadronikoppuri. Se ei tarkoita, että niitä ei ole olemassa, mutta että niitä ei ole vielä havaittu. Se voi myös auttaa hiukkasfyysikoita puristamaan erittäin perusatoksisen subatomisen hiukkasen massan: Higgsin bosonin (joka on osoitus jotain nimeltään Higgs Field). Tämä on partikkeli, joka antaa kaikelle aineelle massansa, joten se on tärkeä ymmärtää perusteellisesti.
Miksi supersymmetria on tärkeä?
Supersymmetrian käsite, vaikka se onkin erittäin monimutkainen, on sen ytimessä tapa tappaa syvemmälle maailmankaikkeuden muodostaviin perushiukkasiin. Hiukkasfyysikot luulevat löytäneensä aivan perusyksiköt alaatomien maailmassa, mutta he ovat vielä kaukana ymmärtää niitä kokonaan. Joten tutkimusta alaatomisten hiukkasten ja niiden mahdollisten superpartnerien luonteesta jatketaan.
Supersymmetria voi myös auttaa fyysikkoja nollautumaan tumman aineen luonne. Se on (toistaiseksi) näkymätön ainemuoto, joka voidaan havaita epäsuorasti sen gravitaation vaikutuksen avulla säännölliseen aineeseen. Voisi hyvin selvittää, että samat hiukkaset, joita etsitään supersymmetriatutkimuksesta, voisivat olla vihjeitä tumman aineen luonteelle.