Fisikawan dari AS dan Korea Selatan menggambarkan skenario yang mungkin terjadi untuk evolusi alam semesta setelah Big Bang, yang berbeda dari yang diterima secara umum oleh sains. Menurut skenario ini, tidak mungkin lagi mendeteksi partikel elementer baru di Large Hadron Collider (LHC) di CERN. Juga, skenario alternatif memungkinkan Anda memecahkan masalah hierarki massa. Penelitian dipublikasikan di arXiv.org
Teori itu disebut Nnaturalness. Ini ditentukan pada skala energi urutan interaksi elektro-lemah, setelah pemisahan interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah. Ini sekitar sepuluh pada minus tiga puluh dua - sepuluh pada minus dua belas detik setelah Big Bang. Kemudian, menurut penulis konsep baru, partikel elementer hipotetis ada di Semesta - rechiton (atau reheaton, dari bahasa Inggris reheaton), disintegrasi yang menyebabkan pembentukan fisika yang diamati hari ini.
Ketika Alam Semesta semakin dingin (suhu materi dan radiasi menurun) dan datar (geometri ruang mendekati Euclidean), Rechiton hancur menjadi banyak partikel lain. Mereka membentuk kelompok partikel yang hampir tidak berinteraksi satu sama lain, hampir identik dalam kumpulan spesies, tetapi berbeda dalam massa Higgs boson, dan karena itu dalam massa mereka sendiri.
Jumlah kelompok partikel semacam itu, yang menurut para ilmuwan, ada di alam semesta modern, mencapai beberapa ribu triliun. Fisika yang dijelaskan oleh Model Standar (SM) dan partikel serta interaksi yang diamati dalam eksperimen di LHC termasuk dalam salah satu keluarga ini. Teori baru memungkinkan seseorang untuk meninggalkan supersimetri, yang masih berusaha untuk tidak berhasil menemukannya, dan memecahkan masalah hierarki partikel.
Secara khusus, jika massa boson Higgs yang terbentuk akibat peluruhan rechiton kecil, maka massa partikel yang tersisa akan menjadi besar, begitu pula sebaliknya. Inilah yang memecahkan masalah hierarki elektro-lemah yang terkait dengan kesenjangan besar antara massa partikel elementer yang diamati secara eksperimental dan skala energi alam semesta awal. Sebagai contoh, pertanyaan mengapa sebuah elektron dengan massa 0,5 megaelektronvolt hampir 200 kali lebih ringan dari muon dengan bilangan kuantum yang sama menghilang dengan sendirinya - di alam semesta terdapat himpunan partikel yang persis sama di mana perbedaan ini tidak terlalu kuat.
Menurut teori baru, boson Higgs yang diamati dalam eksperimen di LHC adalah partikel paling ringan dari jenis ini, yang terbentuk sebagai hasil peluruhan rechiton. Boson yang lebih berat dikaitkan dengan kelompok lain dari partikel yang belum ditemukan - analog dari lepton yang ditemukan dan dipelajari dengan baik (tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat) dan hadron (berpartisipasi dalam interaksi yang kuat).
Nima Arkani-Hamed
Video promosi:
Foto: Departemen EP / CERN
Teori baru tidak membatalkan, tetapi membuatnya tidak terlalu perlu untuk memperkenalkan supersimetri, yang menyiratkan penggandaan (setidaknya) jumlah partikel elementer yang diketahui karena adanya mitra super. Misalnya, untuk foton - fotino, quark - squark, Higgs - Higgsino, dan seterusnya. Putaran superpartner harus berbeda setengah bilangan bulat dari putaran partikel asli.
Secara matematis, sebuah partikel dan superpartikel digabungkan menjadi satu sistem (supermultiplet); semua parameter kuantum dan massa partikel dan pasangannya bertepatan dalam supersimetri yang tepat. Diyakini bahwa supersimetri rusak di alam, dan oleh karena itu massa superpartner jauh lebih besar daripada massa partikelnya. Untuk mendeteksi partikel supersimetris, diperlukan akselerator bertenaga seperti LHC.
Jika supersimetri atau partikel atau interaksi baru memang ada, maka, menurut penulis studi baru, mereka dapat ditemukan pada skala sepuluh teraelektronvolt. Ini hampir berada di perbatasan kemampuan LHC, dan jika teori yang diajukan benar, penemuan partikel baru di sana sangat tidak mungkin.
Versi CM
Gambar: arXiv.org
Sebuah sinyal dekat 750 gigaelektronvolt, yang dapat mengindikasikan peluruhan partikel berat menjadi dua foton gamma, seperti yang dilaporkan oleh ilmuwan dari kolaborasi CMS (Compact Muon Solenoid) dan ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) yang bekerja di LHC pada bulan Desember 2015 dan Maret 2016, yang dikenal sebagai gangguan statistik. Setelah 2012, ketika diketahui tentang penemuan Higgs boson di CERN, tidak ada partikel fundamental baru yang diprediksi oleh ekstensi SM yang terungkap.
Oleh karena itu, diharapkan munculnya teori-teori di mana kebutuhan akan supersimetri menghilang. “Ada banyak ahli teori, termasuk saya sendiri, yang percaya bahwa sekarang adalah waktu yang benar-benar unik ketika kita memecahkan masalah penting dan sistemik, dan bukan mengenai detail partikel elementer berikutnya,” kata penulis utama studi baru, fisikawan Nima Arkani-Hamed dari Universitas Princeton (AS).
Optimismenya tidak dimiliki oleh semua orang. Misalnya, fisikawan Matt Strassler dari Universitas Harvard percaya justifikasi matematis dari teori baru ini dibuat-buat. Sementara itu, Paddy Fox dari Laboratorium Akselerator Nasional Enrico Fermi di Batavia (AS) meyakini teori baru tersebut bisa diuji dalam sepuluh tahun mendatang. Menurut pendapatnya, partikel yang terbentuk dalam kelompok dengan boson Higgs berat apa pun harus meninggalkan jejaknya pada radiasi relik - radiasi gelombang mikro kuno yang diprediksi oleh teori Big Bang.
Andrey Borisov
