Particle Physics의 가장 큰 소식은 뉴스가 아닙니다. 3 월 에이 분야에서 가장 중요한 회의 중 하나 인 Rencontres de Moriond가 열렸습니다. 실험 협력이 예비 결과를 제시하는 연례 회의입니다. 그러나 현재 세계 최대의 입자 충돌기 인 LHC (Large Hadron Collider)의 최근 데이터는 새로운 것을 밝히지 않았습니다.
40 년 전, 입자 물리학 자들은 물질의 구조에 대한 최종 이론에 가깝다고 생각했다. 그 당시, 그들은 입자 물리학의 표준 모델을 공식화하여 물질의 기본 구성 요소와 그 상호 작용을 설명했습니다. 그 후, 그들은 표준 모델의 예측되었지만 여전히 누락 된 입자를 검색했습니다. 2012 년에 그들은 마지막으로 누락 된 입자 인 Higgs Boson을 확인했습니다.
Higgs Boson은 나머지 표준 모델을 이해하기 위해 필요합니다. 그것 없이는 다른 입자에는 질량이 없으며 확률은 올바르게 추가되지 않습니다. 이제 가방에 Higgs가 있으면 표준 모델이 완료되었습니다. 모든 포켓몬이 잡혔습니다.
표준 모델은 근본적인 문제의 구조에서 물리학 자의 최고의 촬영 일 수 있지만, 원한다. 많은 입자 물리학 자들은 자연의 마지막 단어가 되기에는 너무 못 생겼다고 생각합니다. 표준 모델의 25 개의 입자는 세 가지 기본력, 즉 전자기력과 강하고 약한 원자력에 해당하는 세 가지 유형의 대칭으로 분류 될 수 있습니다. 그러나 물리학 자들은 오히려 통일 된 힘이 하나 밖에 없을 것입니다. 그들은 또한 완전히 새로운 유형의 대칭, 소위 "초대칭"을보고 싶어합니다. 왜냐하면 그것은 더 매력적이기 때문입니다. 아, 그리고 공간의 추가 치수는 예쁘다. 그리고 아마도 평행 우주. 그들의 위시리스트는 길다.
입자 물리학 자들 사이에서 아름다움의 주장을 사용하여 추가 연구에 합당한 이론을 선택하는 것이 일반적인 관행이되었습니다. 이러한 아름다움의 기준은 주관적이고 증거에 근거하지는 않지만 이론 발전에 대한 좋은 안내자로 널리 알려져 있습니다. 물리의 기초에서 가장 자주 사용되는 아름다움의 기준은 현재 단순성과 자연성입니다.
“단순성”에 의해, 나는 상대적 단순성을 의미하지는 않습니다. 상대적 단순성에 의존하는 것은 좋은 과학적 관행입니다. 이론이 절대적인 용어로 단순하다는 소망은 아름다움의 기준입니다. 자연의 법칙이 단순해야한다는 깊은 이유는 없습니다. 물리학의 기초에서, 절대 단순성에 대한 이러한 욕구는 현재 통일에 대한 물리학 자들의 희망에서, 또는 당신이 표준 모델의 세 힘을 중력으로 합치게하는“모든 것의 이론”을 탐구 할 때, 당신이 한 수준의 수준을 더 밀면.
.아름다움의 다른 기준, 자연은 이론 (즉, 단위가없는 것)에 나타나는 순수한 숫자는 매우 크거나 작아서는 안됩니다. 대신이 숫자는 하나에 가깝습니다. 이 숫자가 얼마나 가까워 야하는지 정확히 논쟁의 여지가 있는데, 이는 이미이 주장의 비과학적 특성을 나타내는 지표입니다. 실제로, 자연의 부족이 문제가되는 경우에만 입자 물리학자가 정량화 할 수 없다는 것은 부 자연스러운 이론이 완전히 문제가되지 않는다는 사실을 강조한다. 그것은 단지 아름답 지 않습니다.
물리학의 기초에 대한 문헌을 살펴본 사람은 누구나 아름다움의 그러한 주장에 의존하는 것이 수십 년 동안이 분야에서 주요한 모습임을 알 수 있습니다. 그것은 Steven Weinberg, Frank Wilczek, Edward Witten, Murray Gell-Mann 및 Sheldon Glashow를 포함한 큰 선수들에 의해 전파되었습니다. 수많은 책들은 Brian Greene, Dan Hooper, Gordon Kane 및 Anthony Zee가 자연의 법칙이 아름답고, 작성해야한다는 생각을 대중화했습니다. 실제로, 아름다움에 대한이 이야기는 오랫동안 진행되어 왔기 때문에이 시점에서 현재 현장에있는 대부분의 사람들이 처음에 그에 매료 된 것처럼 보입니다. 놀랍게도, 그들은 그것을 놓아 버릴 수 없습니다.
문제는 새로운 자연 법칙에 대한 가이드로서 아름다움에 의존하는 것이 효과가 없다는 것입니다.
1980 년대 이래로 수십 개의 실험에서 수십 개의 실험에서 니화 된 힘과 대칭 입자의 증거를 찾고 다른 입자는 표준 모델을 아름답게하기 위해 발명되었습니다. 물리학 자들은“gluinos”와“mps”에서“branons”및“cuscutons”에 이르기까지 수백 개의 가상 입자를 추측했습니다. 이 입자들은 예를 들어, 대칭의 양을 늘리거나, 힘을 통합하거나, 특정 숫자가 왜 작은지 설명함으로써 아름다움을 도와야합니다. 불행히도, 그 입자들 중 하나는 본 적이 없습니다. 측정 결과 표준 모델을 반복해서 확인했습니다. 그리고 그것이 존재한다면 모든 것에 대한 이론은 오늘날 1970 년대와 마찬가지로 애매합니다. 대형 Hadron Collider는 뷰티 기반 예측을 확인하지 못한 긴 검색에서 가장 최근에 있습니다.
이 수십 년의 실패는 인간의 표준에 따라 아름답 기 때문에 새로운 자연 법칙을 가정하는 것이 과학적 가설을 제시하는 좋은 방법이 아니라는 것을 보여줍니다. 이런 일이 처음이 아닙니다. 역사적 선례는 찾기가 어렵지 않습니다. 아름다움에 의존하는 것은 Kepler의 플라톤 고체에 효과가 없었으며, 아인슈타인의 영원히 변하지 않는 우주에 대한 아이디어는 효과가 없었으며, 19 세기 말에 인기있는 오하이-사전 아이디어에 작용하지 않았으며, 원자가 보이지 않는 에테르의 매듭입니다. 이 모든 이론들은 한때 아름답게 여겨졌지만 오늘날 틀린 것으로 알려져 있습니다. 물리학 자들은 전혀 아름답 지 않은 아름다운 아이디어에 대해 반복해서 말했습니다. 그러한 뒤늦은 뒷받침은 미용의 주장이 작용한다는 증거가 아니라 시간이 지남에 따라 아름다움에 대한 우리의 인식이 변한다는 증거입니다.
그 아름다움은 주관적인 통찰력은 거의 없지만 물리학 자들은 교훈을 배우는 데 느리게 진행되며 결과가 있습니다. 비 동기 부여 가설을 테스트하는 실험은 귀무 결과 만 찾을 수있는 위험이 높습니다. 즉, 기존 이론을 확인하고 새로운 효과의 증거를 보지 못한다. 이것이 40 년 동안 물리의 기초에서 일어난 일입니다. 그리고 새로운 LHC 결과로 다시 한 번 일어났습니다.
지금까지 분석 된 데이터는 대칭 입자, 추가 치수 또는 표준 모델과 호환되지 않는 기타 물리학에 대한 증거를 보여주지 않습니다. 지난 2 년 동안, 입자 물리학 자들은 다른 렙톤의 상호 작용 속도에서 이상에 대해 흥분했다. 표준 모델은 이러한 속도가 동일해야한다고 예측하지만 데이터는 약간의 차이를 보여줍니다. 이 "렙톤 이상"은 새로운 데이터에서 지속되었지만, 입자 물리학 자들의 희망은 중요성이 증가하지 않았으므로 새로운 입자의 신호가 아닙니다. LHC 협력은 "D- 메손"이라는 복합 입자의 붕괴에서 대칭 위반을 측정하는 데 성공했지만 측정 된 효과는 다시 한 번 표준 모델과 일치합니다. 완고하게 반복 :여기에서 볼 새로운 것은 없습니다.
물론 데이터에서 아직 분석되지 않은 것이있을 수 있습니다. 그러나이 시점에서 우리는 이미 새로운 물리학에 대한 예측이 잘못되었다는 것을 이미 알고 있습니다. 즉, 이제 새로운 것이 나타날 것으로 기대할 이유가 없다는 것을 의미합니다.
.예, 최근 LHC 측정과 같은 NULL 결과도 결과입니다. 그들은 가설을 배제합니다. 그러나 새로운 이론을 개발하려면 Null 결과는 그다지 유용하지 않습니다. 널리 언트는 이렇게 말합니다.“이런 식으로 가지 말자.” 결과적으로 :“그렇게 가자.” 가야 할 방법이 많이 있다면, 그들 중 일부는 큰 도움이되지 않습니다.
물리의 기초에서 앞으로 나아갈 길을 찾으려면 널리 언급이 아닌 결과가 필요합니다. 새로운 가설을 테스트하는 데 수십 년의 건설 시간과 수십억 달러가 걸릴 때, 우리는 투자해야 할 것에주의를 기울여야합니다. 실험은 너무 많은 비용이 들었습니다. 뷰티 기반 방법은 역사적으로 작동하지 않았습니다. 그들은 여전히 작동하지 않습니다. 물리학 자들이 주목할 때입니다.
그리고 물리의 기초에서 현재 이론의 유일한 문제는 아름다움의 부족이 유일한 문제는 아닙니다. 물리학이 이루어지지 않았다고 생각해야할만한 이유가 있습니다. 표준 모델은 중력을 포함하지 않고 중성미자의 덩어리를 설명하지 못하기 때문에 마지막 단어가 될 수 없습니다. 또한 은하 구조를 설명하는 데 필요한 암흑 물질이나 암흑 에너지를 설명하지 않습니다.
따라서 물리학의 기초에는 답이 필요한 문제가 있습니다. 물리학 자들은 그것에 집중해야합니다. 그리고 우리는 현재 다음으로 더 높은 에너지에서 입자를 충돌하면 기존 문제를 해결하는 데 도움이 될 것이라고 생각할 이유가 없습니다. 에너지가 다음 더 큰 콜라이더조차도 조사 할 수있는 것보다 에너지가 10 억 배 더 높을 때까지 새로운 효과가 나타나지 않을 수 있습니다. 그러므로 진보를하려면, 물리학 자들은 무엇보다도 실패한 예측에서 배워야합니다.
지금까지 그들은 그렇지 않았습니다. 2016 년 입자 물리학 자 Howard Baer, Vernon Barger 및 Jenny List는 Scientific American 에 대한 에세이를 썼습니다. “물리를 저장하기 위해서는 더 큰 입자 충돌기가 필요하다고 주장합니다. 이유? 저자들이 제안한 이론은 특정한 방식으로 자연스럽고 (아름답다!), 더 큰 충돌기가 새로운 입자를보아야한다고 예측한다. 이번 3 월 입자 물리학자인 케인은 Physics Today 에 대한 에세이에서 비슷한 뷰티 기반 주장을 사용했습니다. . 그리고 Nature Reviews Physics 에 대한 최근 의견 일본에서 계획된 크고 새로운 입자 콜라이드는 다시 한 번 LHC에서 효과가 없었던 자연과 동기와 같은 동기를 불러 일으켰습니다. 자신의 예측을 인정 한 입자 물리학 자조차도 뷰티 기반 가설을 포기하고 싶지 않습니다. 대신, 그들은 그들이 얼마나 잘못되었는지 테스트하기 위해 더 많은 실험이 필요하다고 주장했다.
이 최신 Null-Results 라운드가 마침내 입자 물리학 자에게 새로운 이론 개발 방법이 필요하다고 설득 할 것인가? 나는 확실히 그렇게 희망한다.
전직 입자 물리학 자로서, 나는 물질의 구조에 대한 포괄적 인 이론을 갖고 싶어하는 욕구를 잘 이해합니다. 나는 또한 이론적 상징적 이론이나 문자열 이론의 호소와 관련 될 수있다. 그리고 그렇습니다. 저는 우리가 무한히 많은 우주 중 하나에“다중 사람들”을 구성한다는 생각을 아주 좋아합니다. 그러나 최신 LHC 결과가 다시 한 번 집으로 돌아 오면 자연의 법칙은 인간이 아름답게 찾는 것에 대해 진심으로 돌보지 않습니다.
Sabine Hossenfelder는 의 저자입니다 수학에서 잃어버린 것 :미용이 물리학을 길들이게하는 방법. 그녀는 프랑크푸르트 고급 연구 연구소의 연구원으로 표준 모델, 현상 학적 양자 중력 및 일반 상대성의 수정을 넘어 물리학을 연구하고 있습니다.
