2012 년 5 월 18 일 ATLAS 검출기에서 기록한이 충돌에서 iggs 스 보손이 붕괴합니다.
(이미지 : © ATLAS)
폴 엠. 셔터 SUNY Stony Brook 및 Flatiron Institute의 천체 물리학 자입니다. 우주인에게 물어보세요 과 우주 라디오의 저자우주에서의 당신의 자리.Sutter는이 기사에 Space.com의 전문가 목소리 : Op-Ed & Insights.
자연의 대칭은 중력의 보편성에서 우주의 통일에 이르기까지 우주에 대한 우리의 기본적인 이해를 강화합니다. 자연의 힘 고 에너지에서.
1970 년대 물리학 자들은 전자에서 광자, 그리고 그 사이의 모든 것에서 우주에있는 모든 종류의 입자를 하나로 묶는 잠재적 인 대칭성을 발견했습니다. 이 연결은 초대칭, 스핀의 이상한 양자 특성에 의존하고 물리학에 대한 새로운 이해를 이끌어내는 열쇠를 가지고 있습니다.
대칭은 힘이다
수세기 동안, 대칭은 물리학 자들이 우주 전체에서 근본적인 관계와 근본적인 관계를 찾을 수있게 해주었다. 언제 아이작 뉴턴 먼저 나무에서 사과를 끌어 당기는 중력이 달 주위를 달 주위에 두는 것과 동일한 힘이라는 생각을 처음으로 클릭 한 후 대칭을 발견했습니다. 중력의 법칙은 정말 보편적입니다. 이 통찰력을 통해 그는 자연이 어떻게 작용하는지 이해하는 데 엄청난 도약을 할 수있었습니다.
1800 년대에 걸쳐 전 세계 물리학 자들은 전기, 자기 및 방사선의 이상한 특성에 대해 의아해했습니다. 전선에 전류가 흐르게하는 원인은 무엇입니까? 회전하는 자석이 어떻게 같은 전류를 주변으로 밀 수 있습니까? 빛이 파도 나 입자입니까? 제임스 클러 크 맥스웰 (James Clerk Maxwell)이 수학적 어려움을 겪고있는 수십 년간의 수고는 단 하나의 간단한 방정식으로이 모든 고유 한 탐구 분야를 통합했습니다. 전자기.
앨버트 아인슈타인 뉴턴의 통찰력을 한 단계 더 발전 시켜서 자신의 명성을 얻었습니다. 그는 자신의 위치 나 속도에 관계없이 모든 물리 법칙이 동일해야한다는 것을 최대한으로 생각하면서 특별한 상대성; 이 자연의 대칭을 보존하기 위해 시간과 공간의 개념을 다시 작성해야했습니다. 그리고 그 믹스에 중력을 추가하면 일반 상대성그 힘에 대한 우리의 현대적인 이해.
우리의 보존법 (에너지 절약, 운동량 보존 등)조차도 대칭에 달려 있습니다. 매일 실험을 수행하고 동일한 결과를 얻을 수 있다는 사실은 수학적 천재를 통해 시간에 따른 대칭성을 나타냅니다. 에미 노 에테르 에너지 대화의 법칙으로 이어집니다. 그리고 실험을 집어 들고 방을 가로 질러 이동해도 여전히 같은 결과를 얻는다면, 공간과 그에 상응하는 운동량 보존을 통해 대칭을 발견했습니다.
회전 거울
거시적 인 세계에서, 그것은 우리가 자연에서 만난 모든 대칭을 요약합니다. 그러나 아 원자 세계는 다른 이야기입니다. 의 기본 입자 우리 우주 "스핀"이라는 흥미로운 속성이 있습니다. 실험에서 처음으로 다양한 자기장을 통해 원자를 쏘아 전기적으로 충전 된 회전하는 금속 공과 동일한 방식으로 경로가 변형되는 것으로 밝혀졌습니다.
그러나 아 원자 입자는 회전하는 전기적으로 충전 된 금속 볼이 아닙니다. 그들은 특정 실험에서 그들처럼 행동합니다. 또한 일반적인 세계 아날로그와 달리 아 원자 입자는 원하는만큼의 회전을 가질 수 없습니다. 대신, 각 종류의 입자는 고유 한 양의 스핀을 얻습니다.
다양한 모호한 수학적 이유로, 전자와 같은 일부 입자는 ½의 스핀을 갖지만, 광자와 같은 다른 입자는 1의 스핀을 얻습니다. 너무 땀을 흘리지 마십시오. "스핀"은 질량과 전하와 같이 우리가 추적해야하는 아 원자 입자의 또 다른 속성으로 자유롭게 생각할 수 있습니다. 그리고 일부 입자는이 특성이 더 많고 일부 입자는 더 적습니다.
일반적으로 입자에는 반정 수 (1/2, 3/2, 5/2 등)가 포함 된 입자와 정수 (0, 1, 2 등)가있는 두 가지 큰 "가족"이 있습니다. .) 스핀. 반은 "페르미온 (fermions)"으로 불리며 전자, 쿼크, 중성미자 등 세계의 빌딩 블록으로 구성됩니다. 이 환설은 "보손 (boson)"이라 불리며 광자, 글루온 및 나머지의 자연력의 운반자입니다.
언뜻보기에이 두 입자 군은 다를 수 없었습니다.
스 입자의 심포니
1970 년대 끈 이론가 스핀의이 특성을 비판적으로보기 시작했고 자연의 대칭이 있는지 궁금해하기 시작했습니다. 이 아이디어는 문자열 커뮤니티 외부로 빠르게 확장되어 입자 물리학 전반에 걸쳐 활발한 연구 영역이되었습니다. 사실이라면,이 "초대칭"은이 두 겉보기에 별개의 입자 군을 통합합니다. 그러나이 초대칭은 어떤 모습일까요?
기본 요점은 초대칭에서 모든 fermion은 boson 세계에서 "superpartner particle"(또는 "sparticle"은 짧고 이름은 더 나빠질 것임)을 가지며, 그 반대도 마찬가지입니다. 충전하지만 다른 스핀.
그러나 우리가 입자를 찾아 가면 찾지 못합니다. 예를 들어, 전자의 입자 ( "셀렉트 론")는 전자와 질량과 전하가 같지만 스핀은 1이어야합니다.
그 입자는 존재하지 않습니다.
어떻게 든이 대칭은 우주에서 깨져서 입자 충돌체의 범위를 벗어나는 입자의 질량을 증가시켜야합니다. 셀렉트 론, 스톱 쿼크, 뉴트리 노스 및 다른 모든 사람에 대해 다른 질량을 예측하는 초대칭을 달성하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
현재까지 초대칭에 대한 증거는 발견되지 않았으며 대형 하드론 충돌기 가장 단순한 초대칭 모델을 배제했습니다. 관의 마지막 못은 아니지만 이론가들은 머리를 긁으며 초대칭이 실제로 자연에서 발견되지 않는지, 그리고 아무것도 찾을 수 없다면 다음에 생각해야 할 것을 궁금해하고 있습니다.
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