은하가 원자보다 크게 보이고 코끼리가 개미보다 크게 보이지만 일부 물리학 자들은 크기의 차이가 환상적이라고 의심하기 시작했습니다. 아마도 우주에 대한 기본 설명에는“질량”과“길이”의 개념이 포함되어 있지 않으며, 그 핵심에는 자연이 규모가 부족하다는 것을 암시합니다.
스케일 대칭으로 알려진이 작은 탐험 아이디어는 기본 입자가 자신의 특성을 얻는 방법에 대한 오랜 가정에서 급진적 인 출발을 구성합니다. 그러나 최근에 존경받는 입자 물리학 자들이 수많은 대화와 논문의 공통된 주제로 등장했습니다. 그들의 현장이 불쾌한 곤경에 갇히면서, 연구원들은 알려진 입자와 상호 작용을 설명하는 마스터 방정식으로 돌아와서 다음과 같이 묻습니다. 질량과 길이와 관련된 방정식의 용어를 지울 때 어떻게 되는가?
가장 깊은 수준에서 자연은 척도를 구별하지 못할 수 있습니다. 스케일 대칭으로, 물리학 자들은 대량의 입자 수집을 제시하는 기본 방정식으로 시작합니다. 각각은 물질이든 반물질이든 양전하 또는 음수를 갖는 것과 같은 특성의 독특한 합류입니다. 이 입자들이 서로를 끌어 들이고 격퇴하고 계산을 통해 도미노처럼 캐스케이드, 스케일 대칭“파손”, 질량과 길이가 자발적으로 발생합니다.
유사한 동적 효과는 가시 우주에서 질량의 99 %를 생성합니다. 양성자와 중성자는 아말감입니다. 각각은 각각 쿼크라고 불리는 경량 기본 입자의 트리오입니다. 이 쿼크를 함께 유지하는 데 사용되는 에너지는 부품의 합보다 약 100 배 더 많은 덩어리를 제공합니다. 마드리드 자율 대학의 입자 물리학 자이자 규모의 상징적 인 자연 이론에 관한 최근 논문의 공동 저자 인 Alberto Salvio는“우리가 보는 대부분의 질량은 이런 식으로 생성되기 때문에 모든 질량을 이런 식으로 생성 할 수 있는지에 관심이 있습니다.
입자 물리학의“표준 모델”의 방정식에서, Higgs Boson이라는 2012 년에 발견 된 입자만이 get-ge-ge-ge-go가 장착되어 있습니다. 영국의 물리학 자 Peter Higgs와 Associates가 50 년 전 개발 한 이론에 따르면, 그것은 그들과의 상호 작용을 통해 다른 초등학교 입자들에게 질량을 내놓았다. 전자, W 및 Z 보손, 개별 쿼크 등 :모든 대중은 Higgs Boson에서 파생되는 것으로 여겨집니다.
새로운 스케일 대칭 접근법은 그 이야기의 시작을 다시 작성합니다.
이탈리아 피사 대학교 (University of Pisa)의 입자 물리학자인 알레산드로 스트럼 미아 (Alessandro Strumia)는“이 아이디어는 아마도 iggss 미사조차도 실제로 존재하지 않을 것”이라고 말했다. "일부 역학으로 이해할 수 있습니다."
이 개념은 광범위한 것으로 보이지만, 현장에서 널리 퍼져있는 영혼을 찾는시기에 관심을 끌고 있습니다. 제네바의 Cern Laboratory의 대형 Hadron Collider가 2013 년 초 업그레이드를 위해 문을 닫았을 때, 충돌은 많은 이론가들이 30 년 이상 방정식에 포함시킨 수십 개의 입자를 생산하지 못했습니다. 그랜드 플롭은 연구자들이 입자의 질량을 계산하는 방법에 대한 이해로 수십 년 전에 잘못된 일을했을 것이라고 제안합니다.
산타 크루즈 (Santa Cruz) 산타 크루즈 (Santa Cruz) 캘리포니아 대학교 (University of California)의 물리학 교수 인 마이클 다인 (Michael Dine)은“우리는 자연의 법칙이 어떻게 생겼는지에 대한 이해에 대해 특히 거만 할 수있는 입장에 있지 않습니다. “이전에 회의적이었던 것들은 기꺼이 즐겁게 지낼 것입니다.”
거대한 iggs 문제
일리노이 바타 비아에있는 Fermi National Accelerator Laboratory의 이론적 물리학자인 William Bardeen이 Higgs Boson과 다른 표준 모델 입자의 질량이 자발적 규모의 상징적 파괴의 결과로 계산 될 수 있음을 보여 주었을 때, 스케일 대칭 접근법은 1995 년으로 거슬러 올라갑니다. 그러나 당시 Bardeen의 접근 방식은 따라 잡지 못했습니다. 그의 계산의 섬세한 균형은 연구자들이 암흑 물질과 중력의 신비를 설명하기 위해 제자리에있는 것과 같이 새롭고 발견되지 않은 입자를 통합하려고 시도했을 때 망치기 쉬운 것처럼 보였다.
.대신, 연구자들은 자연적으로 수십 개의 새로운 입자를 예측하는“초대칭”이라는 또 다른 접근법으로 끌려 갔다. 이들 입자 중 하나 이상이 암흑 물질을 설명 할 수 있습니다. 그리고 SuperSymmetry는 또한 표준 모델 초기부터 연구원들을 낳은 부기 문제에 대한 간단한 솔루션을 제공했습니다.
계산을 수행하는 표준 접근 방식에서 Higgs Boson과 다른 입자와의 상호 작용은 방정식에 존재하는 가장 높은 척도로 질량을 상승시키는 경향이있어 다른 입자 질량을 끌어 올립니다. Fermilab 부국장이자 Bardeen 's의 공동 작업자 인 이론 물리학 자 Joe Lykken은“Quantum Mechanics는 모든 사람을 민주적으로 만들려고합니다. "Quantum Mechanical Effects를 통해 입자조차도 서로 나옵니다."
이 민주적 경향은 표준 모델 입자가 이야기의 끝이든 상관 없습니다. 그러나 물리학 자들은 표준 모델을 넘어서서“Planck Mass”로 알려진 약 10 억 배의 규모로 중력과 관련된 알려지지 않은 거인이 존재합니다. 이 헤비급 선수는 Higgs Boson을 뚱뚱해 질 것으로 예상됩니다.이 과정은 다른 모든 기본 입자의 질량을 플랑크 스케일까지 끌어 올리는 과정입니다. 이것은 일어나지 않았습니다. 대신, 부 자연스러운 계층 구조는 가벼운 표준 모델 입자와 플랑크 질량을 분리하는 것으로 보입니다.
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Bardeen은 규모의 대칭 접근 방식을 통해 표준 모델 질량을 가장 높은 척도를 향해 번지지 않는 새로운 방식으로 계산했습니다. 그의 관점에서 볼 때, 가벼운 iggs는 완벽하게 자연스럽게 보였다. 그럼에도 불구하고 그가 어떻게 플랑크 스케일 중력 효과를 그의 계산에 통합 할 수 있는지는 확실하지 않았습니다.
한편, 초대칭은 표준 수학 기술을 사용했으며 표준 모델과 플랑크 스케일 사이의 계층 구조를 직접 처리했습니다. SuperSymmetry는 자연에서 발견되는 모든 입자에 대해 누락 된 트윈 입자의 존재를 제시합니다. 각 입자에 대해 Higgs Boson이 직면하면 (전자와 같은) 입자의 약간 더 무거운 쌍둥이 (가상의“selectron”)가 결합 된 효과가 거의 취소되어 Higgs Mass가 가장 높은 비늘을 향해 풍선을 방지합니다. x + (–x) ≈ 0의 물리적 등가와 마찬가지로, SuperSymmetry는 Higgs Boson의 작지만 0이 아닌 질량을 보호합니다. 이론은 표준 모델의 질량을 설명하기위한 완벽한 실종 성분처럼 보였습니다. 따라서 일부 이론가들은 우주가 단순히 이해가되지 않는다고 말합니다.
그러나 그들의 예측 후 수십 년 동안, 초대칭 입자 중 어느 것도 발견되지 않았다. 스탠포드 대학교의 파티클 물리학 교수 인 Savas Dimopoulos는 1980 년대 초 초상성 가설을 개발하는 데 도움을 준“이것이 큰 Hadron Collider가 찾고 있었지만 아무것도 보지 못했습니다. "어쨌든, iggs는 보호되지 않습니다."
LHC는 내년에 다시 전환 할 때 복잡한 버전의 초대칭을 계속 조사 할 것이지만, 많은 물리학 자들은 이론이 실패했다고 확신했다. 지난달 스페인 발렌시아에서 열린 고 에너지 물리학 국제 회의에서 막에서 가장 큰 데이터 세트를 분석 한 연구원들은 Supersymmetric 입자의 증거를 발견하지 못했습니다. (데이터는 또한“Technicolor”라는 대체 제안을 강력하게 결정합니다.)
그 의미는 엄청납니다. 초대칭이 없다면, Higgs Boson Mass는 미러 이미지 효과가 아니라 관련없는 숫자 사이의 무작위적이고 불가능한 취소에 의해 줄어드는 것처럼 보입니다. 본질적으로 Higgs의 초기 질량은 글루온, 쿼크, 중력 상태 및 모든 휴식의 질량에 큰 기여를하는 것 같습니다. 그리고 우주가 불가능하다면, 많은 물리학 자들은 그것이 많은 사람들의 하나의 우주 여야한다고 주장한다. 우리는이 특별한 거품을 관찰합니다. 추론은 그 특성이 의미가 있기 때문에가 아니라 독특한 iggs boson이 원자의 형성과 생명의 부상에 도움이되기 때문입니다. 플랑크 크기의 iggs bosons와 함께 더 전형적인 거품은 거주 할 수 없습니다.
Dine은“매우 만족스러운 설명은 아니지만 그다지 많지 않습니다.
우세한 가정의 논리적 결론으로서, Multiverse 가설은 최근 몇 년 동안 인기를 얻는 데 급증했습니다. 그러나이 주장은 많은 사람들에게 경찰이나 적어도 큰 실망처럼 느껴집니다. 우연한 취소로 형성된 우주는 이해를 피하고, 도달 할 수없는 외계인 우주의 존재는 증명하기가 불가능할 수 있습니다. 옥스포드 대학교의 이론 물리학 교수 인 그레이엄 로스 (Graham Ross)는“그리고 우리가 이해하지 못하는 것들만 설명하기 위해 멀티 버스 가설을 사용하는 것은 매우 불만족 스럽다”고 말했다.
Multiverse Ennui는 영원히 지속될 수 없습니다.
하이델베르크의 맥스 플랑크 핵 물리학 연구소 (Max Planck Institute for Nuclear Physics)의 이사 인 Manfred Lindner는“사람들은 조정해야한다”고 말했다. 입자 물리학의 기본 방정식은 Higgs Boson에서 고안하기 위해 추가로 무언가가 필요하며, 초대칭은 그렇지 않을 수 있습니다. Lindner와 같은 이론가들은“우리가 보지 못한이 엄청난 양의 입자를 만들지 않고 일을 할 수있는 또 다른 대칭이 있습니까?”
레슬링 유령
Salvio, Strumia 및 Lindner와 같은 연구자들은 Bardeen이 중단 된 곳에서 픽업하여 이제 규모의 대칭이 Higgs Boson의 작은 덩어리를 설명하기위한 최선의 희망이라고 생각합니다. Strumia는“나에게는 실제 계산을하는 것보다 Multiverse의 철학을하는 것보다 더 흥미 롭습니다.
규모의 대칭 이론이 작동하려면 표준 모델의 작은 덩어리와 중력과 관련된 가간 투안 덩어리를 모두 설명해야합니다. 계산을 수행하는 일반적인 접근 방식에서, 두 척도는 처음에 손으로 입력되며, 방정식에 연결할 때 서로조차도 노력합니다. 그러나 새로운 접근 방식에서 두 척도는 아무것도 시작하지 않고 동적으로 그리고 별도로 발생해야합니다.
Dimopoulos는“중력이 Higgs 질량에 영향을 미치지 않을 것이라는 진술은 매우 혁신적인 일입니다.
Salvio와 Strumia에 의해 개발 된 "Agravity"( "Agravity"( "Agravity"( "Adimensional Gravity")라는 이론은 지금까지 스케일 대칭 아이디어의 가장 구체적인 실현 일 수 있습니다. Agravity는 모든 규모의 물리 법칙을 히그 스 질량과 플랑크 질량이 별도의 동적 효과를 통해 발생하는 단일의 응집력있는 그림으로 직조합니다. 6 월에 고 에너지 물리학 저널 (Journal of High-Energy Physics)에 자세히 설명 된 바와 같이, Agravity는 우주가 처음에 존재하는 이유에 대한 설명을 제공합니다. 이론에 따르면, 스케일-대칭 브레이킹은 빅뱅 동안 시공간 규모의 지수 확장을 일으켰을 것입니다.
.그러나 이론에는 대부분의 전문가들이 심각한 결함을 고려하는 것이 있습니다.“유령”이라는 이상한 입자와 같은 개체의 존재가 필요합니다. 유령은 기존의 부정적인 에너지 또는 부정적인 확률을 가지고 있습니다. 둘 다 양자 세계의 방정식에 혼란을 겪습니다.
1977 년 런던 임페리얼 칼리지 (Imperial College)의 이론적 입자 물리학자인 켈리 스텔 (Kelly Stelle)은“부정적인 확률은 양자 역학에 대한 확률 론적 해석을 배제하기 때문에 끔찍한 선택이다. Stelle은 그러한 이론은 작동 할 수 있다고 유령이 다른 입자와 어떻게 든 분리되어 스스로를 유지한다면 Stelle은 말했다. “이 선을 따라 많은 시도가 이루어졌습니다. 그것은 죽은 주제가 아니라 다소 기술적이며 많은 기쁨이 없습니다.”라고 그는 말했습니다.
Strumia와 Salvio는 Agravity의 모든 장점을 감안할 때 유령은 두 번째 기회를 가질 자격이 있다고 생각합니다. Strumia는“반물질 입자가 방정식에서 처음 고려되었을 때 부정적인 에너지처럼 보였습니다. “그들은 말도 안되는 것처럼 보였다. 어쩌면이 유령들은 말도 안되는 것처럼 보이지만 현명한 해석을 찾을 수 있습니다.”
한편, 다른 그룹은 자체 규모의 대칭 이론을 만들고 있습니다. Lindner와 동료들은 입자의 새로운“숨겨진 부문”을 가진 모델을 제안했으며, 캐나다 워터리의 이론적 물리학을위한 Bardeen, Lykken, Marcela Carena 및 Fermilab의 Bardeen, Lykken, Marcela Carena 및 Wolfgang Altmannshofer는 표준 모델과 그라비티의 스케일이 분리 된 8 월 14 개 논문에서 논쟁을 벌였다. 연구원들은 Higgs Boson이 다른 입자와 상호 작용하는 것을 중지하여 질량을 0으로 떨어 뜨리는 대량 규모를 확인했습니다. 이 척도가없는 지점에서 위상 변화와 같은 크로스 오버가 발생합니다. 그리고 물이 얼음과 다르게 행동하는 것처럼, 다른 자체 포함 법칙 세트 가이 중요한 지점 위와 아래에서 작동합니다.
척도가 부족하기 위해 새로운 모델은 일부 전문가가 수학적으로 모호한 것으로 간주하는 계산 기술이 필요하며 일반적으로 전체 접근 방식에 대해 실제로 어떻게 생각하는지 말할 수있는 사람은 거의 없습니다. 너무 다르고 너무 새롭습니다. 그러나 Agravity와 다른 척도 대칭 모델은 각각 표준 모델 이외의 새로운 입자의 존재를 예측하므로 업그레이드 된 LHC의 향후 충돌은 아이디어를 테스트하는 데 도움이됩니다.
그 동안, 희망의 감각이 있습니다.
Dine은“아마도 우리의 수학이 잘못되었을 것입니다. "대안이 다중 사람들의 풍경이라면, 그것은 꽤 과감한 단계이므로 확실히 다른 것이 무엇인지 봅시다."
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