Higgsボソンは、2012年5月18日にATLAS検出器によって記録されたこの衝突で崩壊します。
（画像：©ATLAS）
ポール・M・サッター SUNYストーニーブルックの天体物理学者であり、フラットアイアン研究所、 宇宙飛行士に聞く そして 宇宙ラジオ、および「宇宙でのあなたの場所。「サッターはこの記事を寄稿しました Space.comの専門家の声：Op-Ed＆Insights.
自然の対称性は、重力の普遍性から宇宙の統一に至るまで、宇宙に対する私たちの基本的な理解を促進します。 自然の力 高エネルギーで。
1970年代に、物理学者は、電子から光子まで、そしてその間のすべてのものまで、私たちの宇宙のあらゆる種類の粒子を結合する潜在的な対称性を明らかにしました。この接続は、 超対称性、スピンの奇妙な量子特性に依存しており、物理学の新たな理解を解き放つ鍵を握っている可能性があります。
対称性は力です
何世紀もの間、対称性は物理学者が宇宙全体の根本的なつながりと基本的な関係を見つけることを可能にしました。いつ アイザック・ニュートン まずリンゴを木から引き寄せる重力は、月を太陽の周りの軌道に保つ力とまったく同じであるという考えをクリックしました。彼は対称性を発見しました。重力の法則は本当に普遍的です。この洞察により、彼は自然のしくみを理解する上で大きな飛躍を遂げることができました。
1800年代を通じて、世界中の物理学者は、電気、磁気、および放射線の奇妙な特性に戸惑いました。ワイヤーに電流が流れる原因は何ですか？回転する磁石が同じ電流をどのように押し出すことができるでしょうか？光は波か粒子か？困難な熟考の数十年が、単一の一連の簡単な方程式の下で調査のこれらすべての異なる分岐を統合したJames Clerk Maxwellによる明確な数学的なブレークスルーで頂点に達しました。 電磁気.
アルバート・アインシュタイン ニュートンの洞察をさらに一歩踏み出すことによって、彼もまた印をつけました。あなたの位置や速度に関係なく、すべての物理法則は同じであるべきだということを格言として、彼は明らかにした 特殊相対論;この自然の対称性を維持するために、時間と空間の概念を書き直す必要がありました。そして、そのミックスに重力を加えると、彼は 一般相対性理論、その力に対する現代の理解。
エネルギーの保存、運動量の保存など、私たちの保存則でさえ対称性に依存しています。毎日実験を実行して同じ結果を得ることができるという事実は、時間の対称性を明らかにします。 エミー・ヌーザー エネルギーの会話の法則につながります。そして、実験を拾って部屋全体に動かしても、同じ結果が得られる場合は、空間を介した対称性と、それに対応する運動量の保存を明らかにしただけです。
回転する鏡
巨視的な世界では、それは私たちが自然の中で遭遇したすべての対称性を要約したものです。しかし、亜原子の世界は別の話です。の基本的な粒子 私たちの宇宙 「スピン」として知られる興味深い特性があります。原子がさまざまな磁場を介して発射され、回転する帯電した金属ボールがするのとまったく同じ方法でそれらの経路を偏向させることが実験で最初に発見されました。
しかし、素粒子は回転せず、帯電した金属球ではありません。彼らは特定の実験ではそれらのように振る舞います。そして、通常の世界の類似物とは異なり、亜原子粒子は希望する回転量を持つことができません。代わりに、パーティクルの種類ごとに独自の量のスピンが得られます。
さまざまなあいまいな数学上の理由により、電子などの一部の粒子はofのスピンを持ち、光子などの他の粒子は1のスピンを持ちます。汗をかきすぎないでください。 「スピン」は、質量や電荷など、追跡する必要がある亜原子粒子のさらに別の特性であると考えるのは自由です。そして、いくつかの粒子はこの特性のより多くを持ち、いくつかはより少ないです。
一般に、パーティクルには2つの素晴らしい「ファミリ」があります。半整数（1 / 2、3 / 2、5 / 2など）スピンを持つものと、整数全体（0、1、2など）を持つものです。 。）スピン。ハーフシーズは「フェルミオン」と呼ばれ、電子、クォーク、ニュートリノなど、私たちの世界のビルディングブロックで構成されています。完全体は「ボソン」と呼ばれ、光子、グルオン、その他の自然の力のキャリアです。
一見すると、これらの2つのパーティクルファミリはまったく異なる可能性はありません。
パーティクルのシンフォニー
1970年代、 ストリング理論家 スピンのこの特性を批判的に調べ始め、そこに自然の対称性があるのではないかと疑問に思い始めました。このアイデアはすぐに文字列コミュニティの外に広がり、素粒子物理学全体の活発な研究分野になりました。真の場合、この「超対称性」は、これらの2つの一見異なるパーティクルファミリを結合します。しかし、この超対称性はどのように見えるでしょうか？
基本的な要点は、超対称性では、すべてのフェルミオンがボソンの世界で「スーパーパートナー粒子」（または略して「粒子」）を持ち、まったく同じ質量でその逆になるということです。と充電が異なるスピン。
しかし、粒子を探しに行っても、何も見つかりません。たとえば、電子の粒子（ "selectron"）は、電子と同じ質量と電荷を持つ必要がありますが、スピンは1です。
その粒子は存在しません。
したがって、どういうわけか、この対称性は私たちの宇宙で破られ、粒子コライダーの範囲外にある粒子の質量を押し上げるはずです。超対称性を達成するには多くの異なる方法があり、すべては、セクトロン、ストップクォーク、スニュートリノ、その他すべての異なる質量を予測します。
今日まで、超対称性の証拠は発見されておらず、 大型ハドロンコライダー 最も単純な超対称モデルを除外しています。それは棺桶の最後の爪ではありませんが、理論家たちは頭を掻いて、超対称性が自然に実際に見られないかどうか、そして何も見つからない場合は次に何を考えるべきか疑問に思っています。
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