웅장한 통일 물리 이론의 간단한 역사

입자 물리학 자들은 2012 년에 HIGGS 입자가 발견되기 전에 두 개의 악몽을 가졌습니다. 첫 번째는 큰 Hadron Collider (LHC) 입자 가속기가 정확히 아무것도 보지 못할 것이라는 것이 었습니다. 그렇다면 우주의 기본 구성을 조사하기 위해 구축 된 마지막 큰 가속기 일 것입니다. 두 번째는 LHC가 1964 년 이론적 물리학 자 Peter Higgs가 예측 한 Higgs 입자를 발견 할 것이라는 것이었다.

우리가 현실의 한 층을 껍질을 벗길 때마다 다른 층이 손짓을합니다. 따라서 과학의 각 중요한 새로운 발전은 일반적으로 답보다 더 많은 질문을 남깁니다. 그러나 그것은 또한 일반적으로 우리가 그 질문에 대한 답을 찾기 시작하는 데 도움이되는 로드맵의 개요를 남겨 둡니다. Higgs 입자의 성공적인 발견, 그리고 그것과 함께, 우주 전체에 걸쳐 보이지 않는 배경 Higgs 필드의 존재에 대한 검증은 (양자 세계에서, iggs와 같은 모든 입자와 관련이 있음) 20 세기의 대담한 과학적 발전의 심오한 검증이었다.

그러나 Sheldon Glashow의 말은 계속해서 진실을 울리고 있습니다. Higgs는 화장실과 같습니다. 그것은 우리가 말하지 않을 모든 지저분한 세부 사항을 숨 깁니다. HIGGS 필드는 우주를 통과 할 때 대부분의 기본 입자와 상호 작용하여 운동 속도를 늦추고 거대한 것처럼 보이게하는 저항력을 생성합니다. 따라서, 우리가 측정하고 우리의 경험의 세계를 가능하게하는 기본 입자의 질량은 우리의 특정 경험의 사고입니다.

이 아이디어만큼 우아하게, 그것은 본질적으로 물리학의 표준 모델에 임시 추가 된 것입니다.이 모델은 자연의 4 개의 알려진 힘 중 3 개와 이러한 힘이 물질과 어떻게 상호 작용하는지를 설명합니다. 우리의 경험의 세계를 정확하게 모델링하는 데 필요한 일을하기 위해 이론에 추가됩니다. 그러나 그것은 필수가 아닙니다 이론에 의해. 우주는 대량의 입자와 장거리 약한 힘으로 행복하게 존재할 수있었습니다 (강한 힘, 중력 및 전자기와 함께 4 개의 알려진 힘을 구성합니다). 우리는 그들에 대해 묻기 위해 여기에 있지 않을 것입니다. 또한, Higgs의 상세한 물리학은 표준 모델만으로 결정되지 않습니다. iggs는 20 배 더 무겁거나 100 배 더 가벼울 수 있습니다.

그렇다면 왜 iggs가 존재합니까? 그리고 왜 질량이 있는가? (과학자들이“왜?”라고 물을 때마다 우리는 정말“어떻게? 아니면? 궁극적으로 Higgs의 기본 물리학을 이해하는 것은 우리가 어떻게 존재했는지 이해하는 것입니다. 우리가“우리가 왜 여기에 있습니까?”라고 물을 때 근본적인 차원에서 우리는“왜 iggs가 여기에있는 이유는 무엇입니까?”라고 물을 수도 있습니다. 표준 모델은이 질문에 대한 답을 제공하지 않습니다.

그러나 일부 힌트는 이론과 실험의 조합에서 나옵니다. 표준 모델의 기본 구조가 1974 년에 확고히 확립 된 직후, 그리고 향후 10 년 동안 세부 사항이 실험적으로 검증되기 전에 하버드의 두 가지 물리학 자 그룹이 Sheldown Glashow와 Steven Weinberg가 모두 흥미로운 것을 발견했습니다. Glashow는 Howard Georgi와 함께 Glashow가 가장 잘한 일을했습니다. 그들은 기존 입자와 힘 사이에서 패턴을 찾고 그룹 이론의 수학을 사용하여 새로운 가능성을 찾았습니다.

표준 모델에서, 약한 자연의 전자기력은 고 에너지 척도로 통일되며, 물리학 자들이“전기 류 힘”이라고 부르는 단일 힘으로 통합됩니다. 이것은 약하고 전자기적 힘을 지배하는 수학이 동일한 수학적 대칭에 의해 제한되며, 두 힘은 단일 기본 이론의 다른 반사임을 의미합니다. 그러나 대칭은 Higgs 필드에 의해 "자발적으로 깨진 "다.이 필드는 약력을 전달하는 입자와 상호 작용하지만 전자기 힘을 전달하는 입자는 아닙니다. 이 자연의 사고는이 두 힘이 우리가 측정 할 수있는 두 가지 분리 된 뚜렷한 힘으로 나타납니다. 약한 힘은 단거리 및 전자기가 장거리에 남아 있습니다.

Georgi와 Glashow는이 아이디어를 강한 힘을 포함하도록이 아이디어를 확장하려고 노력했으며, 알려진 입자와 3 개의 비 중식력은 자연스럽게 단일 기본 대칭 구조에 맞을 수 있음을 발견했습니다. 그런 다음이 대칭이 현재 실험의 범위를 훨씬 뛰어 넘는 초고속 에너지 규모 (및 단거리 규모)에서 자발적으로 파손될 수 있다고 추측하여 두 개의 별도의 뚜렷한 끊임없는 대칭을 남겨두고 별개의 강력하고 전기 부류 힘으로 구할 수 있습니다. 그 후, 더 낮은 에너지와 더 큰 거리 규모에서, 전기 로크 대칭이 파손되어 전기 로크 힘을 단거리 약점과 장거리 전자기 힘으로 분리한다.

그들은 그러한 이론을 겸손하게, 웅장한 통일 이론 (장)이라고 불렀습니다.

동시에 Weinberg와 Georgi는 Helen Quinn과 함께 Frank Wilczek, David Gross 및 David Politzer의 작품을 불러 일으키는 흥미로운 것을 발견했습니다. 더 작은 거리 척도에서 강한 상호 작용이 약해졌지만 전자기 및 약한 상호 작용이 강해졌습니다.

로켓 과학자는 세 가지 상호 작용의 강도가 일부 소규모 척도에서 동일 할 수 있는지 궁금해하지 않았습니다. 그들이 계산을했을 때, 그들은 그러한 통일이 가능해 보인다는 것을 (상호 작용을 측정 한 정확도)를 발견했지만 통일의 규모가 양성자 크기보다 작은 규모의 약 15 배인 경우에만.

통일 된 이론이 Howard Georgi와 Glashow가 제안한 이론이라면 좋은 소식 이었다면, 우리가 본질적으로 관찰 한 모든 입자가 이런 식으로 통일되면, 새로운 입자 (게이지 보손이라고 함)가 존재할 것이기 때문에 쿼크 (양성자와 중성자를 구성하는), 전자 및 중성자 사이에 전이를 생성하는 새로운 입자가 존재할 것입니다. 그것은 양성자가 다른 가벼운 입자로 부패 할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 잠재적으로 관찰 할 수 있습니다. Glashow가 말한 것처럼“다이아몬드는 영원하지 않습니다.”

그럼에도 불구하고 양성자는 엄청나게 긴 수명을 가져야한다는 것이 알려져있었습니다. 우리가 빅뱅 이후 거의 140 억 년이 남아 있기 때문일뿐만 아니라 우리 모두는 어린이로서 암으로 죽지 않기 때문입니다. 양성자가 약 10 억 년보다 평균 평생이 작게 부패하면 어린 시절에 우리 몸에서 충분한 양성자가 우리를 죽일 수있는 충분한 방사선을 생산할 것입니다. 양자 역학에서 프로세스는 확률 론적이라는 것을 기억하십시오. 평균 양성자가 10 억 년 동안 살고 있고, 10 억 개의 양성자가 있다면 평균적으로 평균적으로 부패 할 것입니다. 우리 몸에는 10 억 명 이상의 양성자가 있습니다.

그러나, 엄청나게 작은 제안 된 거리 규모와 그랜드 통일의 자발적인 대칭 부서와 관련된 엄청나게 큰 대량 스케일로 인해 새로운 게이지 보손은 큰 질량을 얻게 될 것입니다. 그것은 그들이 중재하는 상호 작용이 너무 짧아서 오늘날 양성자와 중성자의 규모에서 믿을 수 없을 정도로 약할 것입니다. 결과적으로, 양성자가 부패 할 수는 있지만,이 시나리오에서는 부패하기 전에 백억 억 년 전에 살 수 있습니다. 아직도 성장 주식을 유지할 시간입니다.

Glashow와 Georgi, Georgi, Quinn 및 Weinberg의 결과로 그랜드 합성의 냄새가 공중에있었습니다. 전기 로크 이론의 성공 후, 입자 물리학 자들은 야심 찬 느낌이 들었고 추가 통일을 준비했습니다.

그러나 이러한 아이디어가 올바른지 어떻게 알 수 있습니까? 양성자의 나머지 질량 에너지보다 백만 배 더 큰 에너지 규모를 조사하기 위해 가속기를 구축 할 방법이 없었습니다. 그러한 기계는 달의 궤도의 둘레가 있어야합니다. 가능하더라도 초전도 슈퍼 콜 라이더에 대한 초기 파괴를 고려할 때 정부는이 법안을 발로하지 않을 것입니다.

행복하게도, 다른 방법이 있었는데, 방금 제시 한 확률 주장을 사용하여 양성자 수명을 제한합니다. 새로운 Grand Unified Theory가 양전자 수명을 예상한다면, 예를 들어, 1,000 억억 년의 양성자 수명을 예측했다면, 단일 탐지기에 1,000 억억 개의 양성자를 넣을 수 있다면 평균적으로 그중 하나는 매년 부패 할 것입니다.

너무 많은 양성자를 어디에서 찾을 수 있습니까? 단순 :약 3,000 톤의 물에서.

따라서 필요한 것은 물 탱크를 얻고, 어두운 곳에 놓고, 방사능 배경이 없는지 확인하고, 탐지기의 빛을 감지 할 수있는 민감한 광택으로 둘러싸고, 1 년 동안 양성자가 부패했을 때 빛의 파열을 볼 때까지 기다렸다. 이것이 끔찍한 것처럼 보일 수 있듯이, 적어도 두 개의 큰 실험이이를 위해 의뢰하고 구축되었으며, 이리리 호수 옆에있는 지하는 소금 광산의 소금 광산과 일본 카미오카 근처의 광산에 있습니다. 광산은 들어오는 우주 광선을 선별하는 데 필요했습니다. 그렇지 않으면 양성자 붕괴 신호를 늪에 빠질 배경을 생성 할 수 있습니다.

두 실험 모두 1982-83 년경에 데이터를 가져 가기 시작했습니다. 그랜드 통일은 물리학 공동체가 신호가 곧 나타날 것이라고 확신 할 정도로 강력 해 보였고, 그랜드 통일은 10 년간의 놀라운 변화와 입자 물리학에서의 발견을 의미 할 것입니다.

불행히도,이 경우 자연은 그렇게 친절하지 않았습니다. 첫해에는 신호가 보이지 않았고, 두 번째 또는 세 번째 신호는 보이지 않았습니다. Glashow와 Georgi가 제안한 가장 간단한 우아한 모델은 곧 배제되었습니다. 그러나 일단 웅장한 통일 버그가 걸렸을 때, 그것을 놓아 두는 것은 쉽지 않았습니다. 진행중인 실험의 한계를 넘어서 양성자 붕괴가 억제 될 수있는 통합 이론에 대한 다른 제안이 이루어졌다.

그러나 1987 년 2 월 23 일, 내가 찾은 최대 값이 거의 보편적이라는 것을 보여주는 또 다른 사건이 발생했습니다. 우주에서 새 창을 열 때마다 놀랐습니다. 그날 밤에 천문학 자 그룹은 밤 동안 얻은 사진 판에서 거의 400 년 만에 가장 가까운 폭발 된 별 (초신성)을 관찰했습니다. 약 160,000 광년 떨어진 별은 큰 마젤란 구름에있었습니다. 남반구에서 관찰 할 수있는 은하수의 작은 위성 은하입니다.

폭발적인 별에 대한 우리의 아이디어가 올바른 경우, 방출 된 대부분의 에너지는 중성미자 형태로되어야합니다. 방출 된 가시 빛이 너무 커서 초신성이 폭발 할 때 하늘에서 가장 밝은 우주 불꽃 놀이 (갤럭시 당 100 년당 약 1 번의 폭발 속도로). 그런 다음 대략적인 추정치에 따르면 거대한 IMB (Irvine- Michigan-Brookhaven)와 Kamiokande 물 탐지기는 약 20 개의 중성미자 사건을 볼 수 있다고 제안했습니다. IMB와 Kamiokande 실험가가 그날의 데이터를 거슬러 올라가서 검토했을 때, Lo와 보라 IMB는 10 초 간격으로 8 개의 후보 사건을 표시했으며 Kamiokande는 11 개의 이벤트를 표시했습니다. Neutrino Physics의 세계에서 이것은 데이터의 홍수였습니다. 중성미자 천체 물리학의 분야는 갑자기 성숙에 도달했습니다. 이 19 가지 사건은 아마도 물리학 자들이 1,900 개의 논문을 생산했을 것입니다. 예를 들어, 나와 같은 물리학 자들은 폭발적인 별의 핵심에 전례없는 창을 제공했다는 것을 깨달았으며 천체 물리학뿐만 아니라 중성미자 자체의 물리학을위한 실험실을 제공했다는 것을 깨달았습니다.

큰 양성자-살인 탐지기가 새로운 천체 물리학 적 중성미자 탐지기로서 이중 목적을 달성 할 수 있다는 인식으로 인해 여러 그룹이 새로운 세대의 이중 목적 탐지기를 구축하기 시작했습니다. 세계에서 가장 큰 것은 카미오카 광산에 다시 지어졌으며 슈퍼 카미오 칸데 (Super-Kamiokande)라고 불렸다. 11,800 개의 광택으로 둘러싸인이 매머드 50,000 톤의 물 탱크는 작동 광산에서 작동했지만 실험은 실험실 청소실의 순도로 유지되었습니다. 이 크기의 탐지기에서 외부 우주 광선뿐만 아니라 검색중인 신호를 늪 할 수있는 내부 방사성 오염 물질에 대해서도 걱정해야했기 때문에 이것은 절대적으로 필요했습니다.

한편, 관련 천체 물리학 적 중성미자 서명에 대한 관심 도이 기간 동안 새로운 최고에 도달했습니다. 태양은 핵심의 원자력 반응으로 인해 중성미자를 생산하고, 20 년 동안 거대한 지하 탐지기를 사용하여 물리학 자 레이 데이비스는 태양 중성미자를 감지했지만 태양의 가장 좋은 모델을 사용하여 예측 된 것보다 3의 요인에 대한 사건 속도를 지속적으로 발견했습니다. 새로운 유형의 태양 중성미자 탐지기는 캐나다 서드 베리의 깊은 광산 안에 지어졌으며, Sudbury Neutrino Observatory (SNO)로 알려졌습니다.

Super-Kamiokande는 현재 20 년 이상 다양한 업그레이드를 통해 거의 지속적으로 운영되었습니다. 양성자-디세이 신호는 보이지 않았으며 새로운 초신성은 관찰되지 않았다. 그러나, SNO의 보완 관찰과 결합 된이 거대한 탐지기에서 중성미자의 정밀한 관찰은 Ray Davis에 의해 관찰 된 태양 중성미자 적자가 실제이며, 또한 태양의 천체 물리학 적 영향으로 인한 것이 아니라 중성미자의 특성으로 인한 것임을 분명히 밝혔다. 그 의미는 세 가지 알려진 중성미자 유형 중 하나 이상이 질량이 없다는 것이었다. 표준 모델은 중성미자의 질량을 수용하지 않기 때문에 표준 모델을 넘어 Higgs를 넘어서 새로운 물리학이 본질적으로 작동해야한다는 최초의 결정적인 관찰이었습니다.

그 후 얼마 지나지 않아 고 에너지 우주선 양성자가 대기에 부딪 히고 중성미자를 포함한 입자의 하향 샤워를 생성함에 따라 지구를 정기적으로 폭격하는 고 에너지 중성미자의 관찰은 두 번째 중성미자가 질량을 가지고 있음을 보여 주었다. 이 질량은 다소 크지 만 여전히 전자의 질량보다 훨씬 작습니다. 이러한 결과를 위해 SNO와 Kamiokande의 팀 리더들은 2015 년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 현재까지 새로운 물리학의 이러한 감각 힌트는 현재 이론에 의해 설명되지 않습니다.

양성자 붕괴의 부재는 실망 스럽지만 완전히 예상치 못한 것으로 판명되었습니다. 그랜드 통일이 처음 제안 된 이후, 물리 환경은 약간 바뀌었다. 3 가지 비 중식 상호 작용의 실제 강도에 대한보다 정확한 측정은 원거리와의 이러한 상호 작용의 강도 변화에 대한보다 정교한 계산과 관련이 있습니다. 표준 모델의 입자가 본질적으로 존재하는 유일한 사람이라면 세력의 강도는 단일 척도로 통합되지 않을 것입니다. 웅장한 통일이 이루어지기 위해서는 지금까지 관찰 된 것 이상의 에너지 척도의 새로운 물리학이 존재해야합니다. 새로운 입자의 존재는 3 가지 알려진 상호 작용이 통일 될 수있는 에너지 척도를 변화시킬뿐만 아니라, 그랜드 통일 척도를 높이고 양성자 붕괴 속도를 억제하는 경향이 있습니다.

이러한 발전이 일어나면서 이론가들은 새로운 수학적 도구에 의해 주도되어 자연에서 가능한 새로운 유형의 대칭을 탐색했으며, 이는 초대칭으로 알려졌습니다. 이 기본 대칭은 이전 알려진 대칭과 다릅니다. 자연의 두 가지 유형의 입자, 페르미온 (반 인트거 스핀이있는 입자) 및 보손 (정수 스핀이있는 입자)을 연결한다는 점에서 이전 알려진 대칭과 다릅니다. 이것의 상승은이 대칭이 본질적으로 존재한다면 표준 모델의 모든 알려진 입자에 대해 적어도 하나의 상응하는 새로운 기본 입자가 존재해야한다는 것입니다. 알려진 모든 보손에는 새로운 fermion이 있어야합니다. 알려진 모든 fermion에는 새로운 보손이 있어야합니다.

우리가 이러한 입자를 보지 못했기 때문에,이 대칭은 우리가 경험하는 수준에서 세상에서 나타날 수 없으며, 깨진 수준이어야합니다. 즉, 새로운 입자가 지금까지 건설 된 가속기에서 볼 수 없을 정도로 충분히 무거운 질량을 얻을 수 있습니다.

새로운 입자의 증거없이 자연의 모든 입자를 갑자기 두 배로 늘리는 대칭에 대해 어떻게 매력적일 수 있습니까? 대부분의 경우 유혹은 웅장한 통일의 사실에 놓여 있습니다. 웅장한 통합 이론이 양성자의 나머지 질량보다 15 ~ 16 배 더 높은 에너지의 대량 규모로 존재한다면, 이것은 또한 전기류 대칭 파괴의 규모보다 약 13 배 더 높습니다. 가장 큰 문제는 자연의 기본 법칙에 왜 그렇게 큰 규모의 차이가 존재할 수 있는지, 어떻게 존재할 수 있는지입니다. 특히, 표준 모델 HIGGS가 표준 모델의 마지막 남은자인 경우, 문제가 발생합니다. 문제가 발생합니다. 왜 Gut 대칭을 별도의 구성 요소 힘으로 깨뜨리기 위해 새로운 필드와 관련된 대칭 스케일보다 13 배의 에너지 스케일이 13 배나 더 작습니다.

문제는 나타나는 것보다 조금 더 심각합니다. 가상 입자의 영향을 고려할 때 (시간 척도에서 나타나고 사라지는 경우가 너무 짧아서 간접적으로 만 조사 될 수 있음), 추정 된 웅장한 통합 이론의 게이지 입자와 같이 임의로 큰 질량의 입자를 포함하여, 이는 히그그의 질량과 대칭성 스케일을 높이기 때문에 본질적으로 가깝게 동일한 경향이 있습니다. 이것은 자연 문제로 알려진 문제를 일으킨다. HIGGS 입자에 의해 전기 로크 대칭이 깨지는 규모와 대칭 스칼라가 깨진 새로운 필드 스칼라에 의해 장내 대칭이 깨지는 스케일 사이에 거대한 계층 구조를 갖는 것은 기술적으로 부자연 스럽습니다.

수학적 물리학 자 에드워드 위튼 (Edward Witten)은 1981 년 영향력있는 논문에서 초대칭이 특별한 재산을 가지고 있다고 주장했다. 그것은 우리가 현재 조사 할 수있는 척도에서 임의로 높은 질량과 에너지의 가상 입자가 세계의 특성에 미치는 영향을 길들이는 것을 줄일 수 있습니다. 동일한 질량의 가상 페르미온과 가상 가상 가상 가상의 가상 보손은 부호를 제외하고 동일한 양자 교정을 생성하기 때문에 모든 보손이 동일한 질량의 페르미온을 동반하면 가상 입자의 양자 효과가 취소됩니다. 이것은 우리가 측정 할 수있는 척도에 대한 우주의 물리적 특성에 대한 임의로 높은 질량과 에너지의 가상 입자가 이제 완전히 제거 될 것임을 의미합니다.

그러나 초대칭 자체가 깨진 경우 (일반적인 물질의 모든 초대칭 파트너가 관찰 된 입자와 동일한 질량을 가질 것이고 우리가이를 관찰했을 때), 양자 보정은 상쇄되지 않을 것입니다. 대신 그들은 초대칭 중심의 규모와 같은 질서에 기여할 것이다. 전기 로크 대칭 파괴의 규모와 비교할 수 있다면 Higgs 대량 규모가 왜 그런지 설명 할 것입니다.

또한 우리는 현재 LHC에서 조사되는 규모의 많은 새로운 입자 (일반 문제의 대칭 파트너)를 관찰하기 시작해야한다는 것을 의미합니다.

이것은 자연성 문제를 해결할 수 있습니다. 왜냐하면 그것은 iggs boson 덩어리가 가능한 양자 교정으로부터 웅장한 통일과 관련된 에너지 척도만큼 커질 수있게 될 수 있기 때문에 자연성 문제를 해결할 것입니다. SuperSymmetry는 전기 척도 척도를 대 통합 규모로 분리하는 에너지 (및 질량)의 "자연적인"큰 계층 구조를 허용 할 수 있습니다.

그 초대칭은 원칙적으로 계층 구조 문제를 해결할 수있게되면서 물리학 자와 함께 주식을 크게 증가시켰다. 이로 인해 이론가들은 초대칭 중단을 통합 한 현실적인 모델을 탐구 하고이 아이디어의 다른 물리적 결과를 탐구하게되었습니다. 그들이 그렇게했을 때, 초대칭의 주가는 지붕을 통과했습니다. 만약 하나가 자발적으로 깨진 초대칭의 가능성이 3 개의 비 중식력이 거리에 따라 어떻게 변하는 지 계산에 포함되면, 갑자기 세 힘의 강도가 자연스럽게 단일의 매우 작은 규모로 수렴 될 것입니다. 그랜드 통일은 다시 실행 가능해졌습니다!

초대칭이 깨지는 모델에는 또 다른 매력적인 기능이 있습니다. 상단 쿼크가 발견되기 전에, 상단 쿼크가 무거워지면, 다른 초대칭 파트너와의 상호 작용을 통해 HIGGS 필드가 현재 측정 된 에너지 규모로 공간에서 일관된 배경 필드를 형성 할 수있는 HIGGS 입자 속성에 대한 양자 보정을 생성 할 수 있다고 지적했다. 요컨대, 전기 로크 대칭 파괴의 에너지 척도는 그랜드 통일이 훨씬 높은 에너지 척도에서 발생하는 이론 내에서 자연스럽게 생성 될 수있다. 상단 쿼크가 발견되어 실제로 무거웠을 때, 이것은 초대칭이 약한 상호 작용의 관찰 된 에너지 척도에 책임이있을 수있는 가능성의 매력에 추가되었습니다.

그러나이 모든 것은 비용이 듭니다. 이론이 효과가 있으려면 하나뿐만 아니라 두 개의 iggs bosons가 있어야합니다. 더욱이, LHC와 같은 가속기를 구축하면 전기 로크 스케일 근처의 새로운 물리를 조사 할 수있는 LHC와 같은 가속기를 구축하면 새로운 초대칭 입자를보기 시작할 것으로 예상됩니다. 마지막으로, 다소 끔찍한 제약처럼 한동안 보았을 때, 이론에서 가장 가벼운 iggs는 너무 무겁거나 메커니즘이 작동하지 않을 것입니다.

HIGGS에 대한 검색이 계속해서 결과를 얻지 않고 계속되면서 가속기는 초대칭 이론에서 가장 가벼운 Higgs Boson의 질량에 대한 이론적 상한에 더 가깝게 밀려 나기 시작했습니다. 값은 양성자 질량의 135 배와 같았으며, 모델에 따라 어느 정도 세부 사항이 있습니다. 만일 iggs가 그 규모까지 배제 될 수 있다면, 초대칭에 대한 모든 과대 광고는 그저 그 것입니다.

글쎄, 상황이 다르게 밝혀졌습니다. LHC에서 관찰 된 iggs는 양성자 질량의 약 125 배 질량을 갖는다. 아마도 웅장한 합성이 도달했을 것입니다.

현재 대답은… 분명하지 않습니다. 일반 입자의 새로운 초 대칭 파트너의 서명은 LHC에서 너무나 인상적이어야합니다. 그들이 존재한다면, 우리 중 많은 사람들이 LHC가 Higgs를 발견하는 것보다 초대칭을 발견 할 가능성이 훨씬 높다고 생각했습니다. 그런 식으로 밝혀지지 않았습니다. 3 년간의 LHC가 운영 된 후, 초대형의 징후는 없습니다. 상황은 이미 불편 해지 기 시작했습니다. 평범한 물질의 대칭 파트너의 질량에 배치 될 수있는 하한은 점점 높아지고 있습니다. 그들이 너무 높아지면, 초대칭 척도 척도는 더 이상 전기 척도 척도에 가깝지 않을 것이며, 계층 구조 문제를 해결하기위한 초대칭의 매력적인 특징은 사라질 것입니다.

그러나 상황은 아직 희망이 없으며 LHC는 이번에는 더 높은 에너지로 다시 켜졌습니다. 초대칭 입자가 곧 발견 될 수 있습니다.

그들이 있다면, 이것은 또 다른 중요한 결과를 초래할 것입니다. 우주론의 더 큰 미스터리 중 하나는 우리가 볼 수있는 모든 은하의 덩어리를 지배하는 것처럼 보이는 암흑 물질의 본질입니다. 그것의 많은 부분이 너무 많아서 정상적인 물질과 동일한 입자로 만들 수 없습니다. 예를 들어, 빅뱅에서 생성 된 헬륨과 같은 풍부한 조명 요소의 예측은 더 이상 관찰에 동의하지 않을 것입니다. 따라서 물리학 자들은 암흑 물질이 새로운 유형의 기본 입자로 만들어 졌다고 합리적으로 확신합니다. 그러나 어떤 유형?

글쎄, 일반적인 물질의 가장 가벼운 초대칭 파트너는 대부분의 모델에서 절대적으로 안정적이며 중성미자의 많은 특성을 가지고 있습니다. 약하게 상호 작용하고 전기적으로 중립적이어서 빛을 흡수하거나 방출하지 않도록합니다. 더욱이, 30 년 전에 나와 다른 사람들이 수행 한 계산에 따르면 오늘날 빅뱅 이후 남은 가장 가벼운 초대칭 입자의 남은 풍부함은 자연스럽게 범위에있을 것이므로 은하의 질량을 지배하는 어두운 물질이 될 수 있습니다.

이 경우 우리 은하는 당신이 이것을 읽고있는 방을 포함하여 그 전체에 걸쳐 어두운 입자의 후광을 가질 것입니다. 우리 중 많은 사람들이 얼마 전 우리의 많은 사람들이 깨달았을 때, 이것은 민감한 탐지기를 설계하고 적어도 이미 지하에 존재하는 중성미자 탐지기와 달리 지하에두면 이러한 암흑 물질 입자를 직접 감지 할 수 있음을 의미합니다. 전 세계에서 6 개의 아름다운 실험이 이제 그 일을하고 있습니다. 그러나 지금까지 아무것도 보지 못했습니다.

그래서 우리는 잠재적으로 최고의 시간 또는 최악의 시간에 있습니다. LHC의 탐지기와 지하 직접 암흑 물질 탐지기 사이에 레이스가 진행되고있어 누가 암흑 물질의 본질을 먼저 발견 할 수 있는지 확인합니다. 두 그룹이 탐지를보고한다면, 완전히 새로운 발견 세계의 개방을 예고하여 잠재적으로 그랜드 통일 자체에 대한 이해로 이어질 것입니다. 그리고 앞으로 몇 년 동안 발견되지 않으면, 우리는 암흑 물질의 단순한 초대칭 기원의 개념을 배제 할 수 있으며, 차례로 계층 문제의 해결책으로서 초대형의 전체 개념을 배제 할 수 있습니다. 이 경우 LHC에 새로운 신호가 보이지 않는 경우를 제외하고는 드로잉 보드로 돌아 가야 할 것입니다. 실제로 올바른 자연의 모델을 도출하기 위해 어느 방향으로 향할 지에 대한 지침이 거의 없습니다.

LHC가 HIGGS 입자보다 약 6 배 더 무거워서 새로운 입자로 인해 가능한 신호가 가능한 신호를보고했을 때 상황이 더 흥미로워졌습니다. 이 입자는 일반적인 물질의 대칭 파트너에게 기대할 수있는 특성을 갖지 못했습니다. 일반적으로 더 많은 데이터가 축적 될 때 가장 흥미 진진한 가짜 신호 힌트가 사라지고이 신호가 처음 나타난 지 약 6 개월 후 더 많은 데이터가 축적 된 후 사라졌습니다. 그렇지 않은 경우, 우리가 그랜드 통합 이론과 전기 로크 대칭에 대한 우리의 생각에 대한 모든 것을 바꿀 수 있었으며, 대신 새로운 기본력 과이 힘을 느끼는 새로운 입자 세트를 제안합니다. 그러나 그것은 많은 희망적인 이론적 논문을 생성했지만 자연은 다른 방법으로 선택한 것 같습니다.

명확한 실험 방향의 부재 또는 초 대칭의 확인은 지금까지 한 그룹의 이론 물리학 자 그룹을 방해하지 않았다. 1984 년에, 1960 년대 Yoichiro Nambu와 다른 사람들이 마치 현악기와 같은 흥분으로 연결된 쿼크의 이론처럼 강한 힘을 이해하려고 시도한 1960 년대 이래로 휴면 상태였던 아이디어의 부활을 장려했다. 초대칭이 현의 양자 이론에 통합 될 때, 슈퍼 스트링 이론으로 알려진 것을 만들기 위해, 놀랍도록 아름다운 수학적 결과는 3 개의 비 중력적 힘뿐만 아니라 단일 일관된 양자 필드 이론으로 자연적으로 알려진 4 개의 힘을 통합 할 가능성을 포함하여 나타나기 시작했다.

그러나 이론은 새로운 시공간 차원이 존재하기 위해서는 아직 관찰되지 않았다. 또한이 이론은 현재 고안된 실험으로 아직 테스트 할 수있는 다른 예측을하지 않습니다. 그리고 이론은 최근에 훨씬 더 복잡해 졌기 때문에 현 자체가 아마도 이론의 중심 동적 변수가 아닐 것 같습니다.

이 중 어느 것도 1980 년대 중반의 전성기 이후 30 년 동안 슈퍼 스트링 이론에 계속 연구 해 온 헌신적이고 재능있는 물리학 자들의 핵심 핵심에 대한 열정을 약화시키지 않았다. 큰 성공은 정기적으로 주장되지만 지금까지 M- 이론은 표준 모델을 과학적 기업의 승리로 만드는 핵심 요소가 부족합니다. 이것은 M- 이론이 옳지 않다는 것을 의미하지는 않지만,이 시점에서는 주로 추측입니다.

역사의 교훈이 어떤 가이드라면, 대부분의 최전선 신체적 아이디어가 잘못되었다는 것을 기억할 가치가 있습니다. 그렇지 않은 경우 누구나 이론적 물리학을 할 수 있습니다. 몇 세기가 걸렸거나 그리스인의 과학으로 돌아 가면 수 천년의 히트 곡과 기본 모델을 생각해 내기 위해 그리워합니다.

그래서 이것이 우리가있는 곳입니다. 이론적 물리학 자들의 웅장한 추측을 검증하거나 무효화 할 수있는 모퉁이를 돌면서 새로운 실험적 통찰력이 있습니까? 아니면 우리는 자연이 우주의 근본적인 본질을 더 깊이 조사하기 위해 어떤 방향을 찾아야하는지에 대한 힌트를주지 않는 사막 직전에 있습니까? 우리는 알게 될 것이고, 우리는 새로운 현실과 함께 살아야 할 것입니다.

Lawrence M. Krauss는 이론 물리학 자 및 우주 학자, Origins Project의 이사 및 애리조나 주립 대학의 지구 및 우주 탐사 학교 재단 교수입니다. 그는 또한 를 포함한 베스트셀러 책의 저자입니다. 아무것도없는 우주 및 Star Trek의 물리학