Poszukiwanie ogólnej teorii oddziaływań - supersymetria, superstruny, teoria superstrun Page 1 of 3

Jaka jest struktura materii?

Model Standardowy odpowiada na wiele pytań dotyczących struktury i

stabilności materii której budulcem są kwarki i leptony występujące w sześciu rodzajach i oddziaływujące ze sobą czterema rodzajami sił.

Jednak Model Standardowy nie jest kompletną teorią, ponieważ wciąż nie

odpowiada on na wszystkie pytania dotyczące natury wszechświata.

Dlaczego są akurat trzy rodziny kwarków i leptonów ?

Czy kwarki i leptony są rzeczywiście elementarne, czy też składają się z

jakichś bardziej fundamentalnych obiektów ?

Dlaczego Model Standardowy nie przewiduje wartości mas podstawowych

fermionów (tj. kwarków i leptonów) ?

Dlaczego wszechświat zbudowany jest z materii, pomimo

ze w mikroświecie tworzeniu nukleonów (składników jąder

atomowych) z energii towarzyszy zawsze produkcja

identycznej liczby anty-nukleonów? Czy obserwowana asymetria między

materią i antymaterią zwana łamaniem parzystości CP jest wystarczająco duża

aby objaśnić asymetrie budowy wszechświata?

W jaki sposób wbudować grawitację do Modelu Standardowego ? Nie wiemy na

razie jak połączyć teorię kwantową z polem grawitacyjnym.

Wiemy, ze ilość materii we wszechświecie jest znacznie większa niż to co możemy zaobserwować poprzez rejestracje promieniowania elektromagnetycznego. Co stanowi niewidzialna, ciemną materię?

Czy istnieje pole Higgsa i przenoszące to pole bozony Higgsa nadające wszystkim cząstkom masę?

Bez nich Model Standardowy musi ulec zmianie.

Nic dziwnego, iż od lat teoretycy wymyślają schematy ogólniejszej teorii, mimo że na razie obecna teoria sprawdza się.

Niezgodność teorii z doświadczeniem

W 2002 roku przeprowadzono eksperyment w Brookhaven, który po raz kolejny dał wynik nie zgadzający się obowiązującą teorią budowy materii. Czyżby teoria wymagała poprawki?

W 2002 roku w Brookhaven National Laboratory podczas

pomiaru własności magnetyczne mionu - elementarnej

cząstki materii, która jest nietrwałym, cięższym bratem

elektronu. Miony są obdarzone momentem magnetycznym,

podobnie jak kula ziemska albo igła kompasu. Posługując

się aktualną teorią, Modelem Standardowym, można

wyliczyć, z jaką siłą działa "wewnętrzny magnes" mionów.

Już przed rokiem fizycy z Brookhaven twierdzili, że wyniki

naszego eksperymentu przeczą teorii.

Wtedy

jednak

rozbieżność

ze

wskazaniami

Modelu

Standardowego nie była zbyt duża. Była też możliwość, że

na wynikach zaważył rzadki błąd statystyczny, co zawsze Ślady pozostawione przez zderzenia cząstek może się zdarzyć.

tworzą piękne obrazy, lecz dokładne ustalenie

Co więcej, pod koniec zeszłego roku odkryto matematyczny

co się zdarzyło jest żmudnym badaniem

błąd

w

teoretycznych

wyliczeniach

momentu

magnetycznego mionu. Po jego wyeliminowaniu wartości teoretyczna i eksperymentalna zbliżyły się do siebie.

Jednak na przełomie lipca i sierpnia 2002 zespół z Brookhaven ogłosił nowe, dokładniejsze wyniki eksperymentalne. Niemal równocześnie pokazały się też nowe oszacowania teoretyczne. Różnice zamiast zmniejszyć się powiększyły się.

Być może jest to odstępstwo od Modelu Standardowego. Możliwym wytłumaczeniem wyników eksperymentu byłoby istnienie nieznanych jeszcze cząstek elementarnych, które wpływają na inne niż oczekiwane zachowanie mionów w polu magnetycznym. Takie cząstki przewidują następne teorie budowy materii.

Unifikacja teorii oddziaływania

http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_u.html

2008-03-29

Poszukiwanie ogólnej teorii oddziaływań - supersymetria, superstruny, teoria superstrun Page 2 of 3

Fizycy tworzą nowe teorie, która pełniej i lepiej opisywałyby wszystkie oddziaływania. Może w końcu powstanie jedna teoria opisująca wszystkie siły łacznie z grawitacją. Taką teorię nazywamy Teorię Wielkiej Unifikacji lub inaczej Teorię Wszystkiego.

Supersymetria

Najbardziej popularnym rozszerzeniem Modelu Standardowego

jest dzisiaj tzw. teoria symetrii, która łączy ze sobą wszystkie

siły (elektromagnetyczne, jądrowe słabe i silne) oprócz siły

grawitacji.

Według

Supersymetrii

wszystkie

znane

dziś

cząstki

elementarne, z których składa się zarówno materia (fermiony),

jak i kwanty promieniowania we Wszechświecie (bozony),

mają swoje bliźniacze kopie (nie chodzi tu o antymaterię).

Znane cząstki nie mają odpowiednich własności, by mogły być

swoimi partnerami, czyli przewiduje się istnienie nowych

cząstek.

Model

Standardowy

ulega

rozszerzeniu

do

Supersymetrycznego Modelu Standardowego. Postulowanych

fermionowych partnerów nazywa się fotino, gluino, Wino,

Zino, grawitino i higgsino. Bozonowym partnerom dodaje się

"s" do ich nazwy: selektron, smion, sneutrino, skwark itp. Ale

dotąd żadna z tych cząstek nie została odkryta.

Supersymetryczny Model Standardowy wymaga wprowadzenia

co najmniej dwóch różnych pól Higgsa. Oddziaływania z tymi

polami nadają masę klasycznym cząstkom opisywanych przez

Model Standardowy oraz cząstkom superpartnerów. Dwóm

polom Higgsa odpowiada pięć bozonów Higgsa, przy czym dwa

z nich mają ładunek elektryczny, zaś trzy są go pozbawione.

Cała rodzina miała żyć zgodnie na samym początku

Wszechświata,

tuż

po

Wielkim

Wybuchu,

ale

jej

supersymetryczna połowa rozpadła się, gdyż Wszechświat się oziębił. Zresztą, kto wie, czy wszystkie supersymetryczne cząstki rozpadły się - być może te, które zostały, stanowią część tzw. ciemnej materii, której obecność przewidują astronomowie.

Sceptycy zauważają, że do tej pory nie wykryto jeszcze żadnej z supercząstek. Z kolei optymiści odpowiadają, że nie jest tak źle, bo połowę cząstek Wszechświata już znamy, a do odkrycia została już tylko połowa.

Czy supersymetria jest teorią prawdziwą okaże się, kiedy odkryjemy choć jedną

supersymetryczną cząstkę. Według skomplikowanych obliczeń energia zderzeń w największych akceleratorach jest już na tyle duża, iż możliwe jest odkrycie najlżejszej z nich - chargino (bliźniacza cząstka bozonu W).

Teoria superstrun

Teoria superstrun postuluje istnienie mikroskopijnej

wielkości obiektów (wielkości 10-33 cm, które można

sobie wyobrazić na podobieństwo strun zwiniętych w

pętle. Wirują, skręcają się i oscylują nie tylko w

czterech znanych wymiarach (trzy przestrzenne i

jeden czasowy), ale też w sześciu lub siedmiu

dodatkowych, dla człowieka niewidocznych. Niekiedy

struny wpadają w rezonans i dają czyste tony, które

są właśnie przejawem wszystkich znanych sił i

cząstek we Wszechświecie.

To pierwsza w dziejach teoria, która obiecuje syntezę

wszystkich nam znanych praw fizyki. Czyżby to była

tak bardzo poszukiwana "Teoria Wszystkiego". Teoria

Widok w głąb budowanego w CERN akceleratora LHC

strun okazuje się piekielnie abstrakcyjna i złożona

matematycznie, kiedy przychodzi do konkretnych obliczeń. Ale sama idea jest prosta i piękna.

Może dlatego, że mówienie o strunach, podobnie jak o

atomach, cząstkach i falach jest tylko sposobem wyobrażenia

http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_u.html

2008-03-29

Poszukiwanie ogólnej teorii oddziaływań - supersymetria, superstruny, teoria superstrun Page 3 of 3

sobie pojęć abstrakcyjnych, których nigdy nie będziemy w

stanie zobaczyć i bezpośrednio doświadczyć.

Dlaczego nowa teoria nie może się obejść bez dziesięciu

wymiarów? Dlaczego tych wymiarów nie widzimy?

Uczeni

tłumaczą,

że

podczas

ewolucji

Wszechświata

niewidoczne dla nas wymiary musiały się skurczyć. Obecnie

niewidoczne wymiary mają być zwinięte w rurki o średnicy

miliardy raza mniejszej niż średnica jądra atomu.

Istnienie wielu wymiarów pozwala zaś wyjaśnić, dlaczego na

co dzień widzimy tak różne przejawy drgania strun - cząstki

materii, elektryczność grawitację, promieniotwórczość, ludzi,

rośliny itp.

Czy opis Przyrody jako drgających strun i membran w 10 lub

11

wymiarach

jest

prawdziwy

zdecydują

przyszłe

Symulacja komputerowa torów cząstek w

eksperymenty.

jednym z detektorów LHC

Właśnie takie pytania są motorem działań fizyków, którzy

budują w CERN (Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek Elementarnych) nowy akcelerator LHC.

To właśnie fizyka wysokich energii może dostarczyć kiedyś odpowiedzi na nie.

http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_u.html

2008-03-29