Η απουσία της υπερσυμμετρίας στον LHC προβληματίζει τους φυσικούς. Supersymmetry’s absence at LHC puzzles physicists

Η φύση κρατά ακόμη κρυμμένα τα «μυστικά» της από τον επιταχυντή στο CERN. Scientists watched from the CERN control room as the LHC particle accelerator first began running at higher energies in June 2015. New data from the LHC has revealed no hints of new particles, despite physicists’ high hopes. M. BRICE/CERN

Από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη, αυτό το άγνωστης φύσης υλικό που κατακλύζει το σύμπαν, αντιστοιχώντας περίπου στο 27% της ύλης-ενέργειάς του; Μήπως οι 3 από τις 4 θεμελιώδεις δυνάμεις, η ισχυρή πυρηνική δύναμη, η ηλεκτρομαγνητική και η ασθενής πυρηνική, αποτελούν διαφορετικές εκφάνσεις της ίδιας αλληλεπίδρασης;

Αν και τέτοια ερωτήματα παραμένουν άλυτα στο πλαίσιο της καθιερωμένης θεωρίας της φυσικής, δηλαδή το Καθιερωμένο Πρότυπο, πίσω στο 2000 είκοσι επιστήμονες υποστήριζαν πως δεν θα χρειάζονταν περισσότερο από μια δεκαετία λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN για να ανοίξει ο δρόμος για να απαντηθούν, με τις πρώτες πειραματικές αποδείξεις της υπερσυμμετρίας.

Μάλιστα ήταν τόσο σίγουροι, που καθένας τους στοιχημάτισε κι από ένα μπουκάλι ακριβού κονιάκ, με τιμή όχι μικρότερη από 100 δολάρια, για την πρόβλεψη πως σε 10 χρόνια θα προέκυπταν από τον επιταχυντή οι πρώτες χειροπιαστές αποδείξεις για την υπερσυμμετρία. Στην πορεία, η διορία του στοιχήματος μετατέθηκε για το καλοκαίρι του 2016, αφού ο LHC χρειάστηκε λόγω βλάβης να παραμείνει εκτός λειτουργίας για περίπου 1,5 χρόνο.

Ακόμη κι έτσι όμως, η διορία έληξε στις 16 Ιουνίου, χωρίς να έχει παρουσιασθεί καμία ανακάλυψη που να επιβεβαιώνει την υπερσυμμετρία. Έτσι, λίγες εβδομάδες αργότερα, και πιο συγκεκριμένα στις 22 Αυγούστου, σε μία εκδήλωση στην Κοπεγχάγη παρέδωσαν τα μπουκάλια κονιάκ στους φυσικούς που είχαν ποντάρει εναντίον της υπερσυμμετρίας.

Η υπερσυμμετρία προβλέπει ότι για κάθε γνωστό στοιχειώδες σωματίδιο (επάνω) υπάρχει ο αντίστοιχος υπερσυμμετρικός συντρόφός του (κάτω). Για παράδειγμα ο υπερσυμμετρικός σύντροφος του ηλεκτρονίου είναι το s-ηλεκτρόνιο, ενώ του σωματιδίου Χιγκς το Χιγκσίνο. Τα υπερσυμμετρικά σωματίδια έχουν μεγαλύτερες μάζες από τα αντίστοιχα γνωστά μας σωματίδια (όπως υποδεικνύεται από το μέγεθος των σφαιρών).

Ωστόσο, τουλάχιστον στις απλούστερες εκδοχές της, η υπερσυμμετρία προβλέπει πως τουλάχιστον το πιο ελαφρύ υπερσυμμετρικό σωματίδιο θα έπρεπε να έχει ήδη ανιχνευθεί στις ενέργειες που πετυχαίνει ο LHC – εξ ου και το στοίχημα. Έτσι, πέρα από τα… μπουκάλια κονιάκ, το «κόστος» από το ότι αυτό δεν συνέβη είναι πως «ξεθώριασε» ο ενθουσιασμός για την υπερσυμμετρία, με συνέπεια να ενισχυθούν οι αμφιβολίες μήπως τελικά δεν αποτελεί το «κλειδί» για να εξηγηθούν ορισμένα από τα άλυτα έως σήμερα «μυστήρια» της φύσης.

«Η υπερσυμμετρία ήταν η κυρίαρχη θεωρία εδώ και 30 χρόνια, επειδή είναι πολύ όμορφη, σχεδόν τέλεια», λέει στο σάιτ ScienceNews o Ναθάνιελ Γκρεγκ, θεωρητικός φυσικός από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Ωστόσο, όσο δεν εμφανίζονται ίχνη υπερσυμμετρικών σωματιδίων, τόσο λιγότερο πειστική μοιάζει.

Βέβαια, τίποτε δεν προεξοφλεί πως δεν θα προκύψουν τέτοια ίχνη τα επόμενα χρόνια, κάτι που σημαίνει πως η θεωρία σε καμία περίπτωση δεν έχει καταρριφθεί. Επομένως, αυτή τη στιγμή το μόνο που μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα είναι πως τα υπερσυμμετρικά σωματίδια, αν υπάρχουν, πρέπει να είναι βαρύτερα από όσο αναμενόταν.

Βέβαια, τίποτε δεν προεξοφλεί πως δεν θα προκύψουν τέτοια ίχνη τα επόμενα χρόνια, κάτι που σημαίνει πως η θεωρία σε καμία περίπτωση δεν έχει καταρριφθεί. Επομένως, αυτή τη στιγμή το μόνο που μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα είναι πως τα υπερσυμμετρικά σωματίδια, αν υπάρχουν, πρέπει να είναι βαρύτερα από όσο αναμενόταν.

«Αυτή τη στιγμή, το μόνο που μας “λέει” η φύση είναι πως, αν η υπερσυμμετρία είναι η σωστή θεωρία, τότε δεν έχει τη μορφή που νομίζαμε», επισημαίνει στο ScienceNews ο Γιόνιτ Χόκμπεργκ, θεωρητικός φυσικός από το Κορνέλ.

Ωστόσο, καθώς το «κατώφλι» μετατοπίζεται σε μεγαλύτερες μάζες, κερδίζουν έδαφος οι πιο περίπλοκες εκδοχές της υπερσυμμετρίας. Επομένως, η θεωρία χάνει ένα μέρος από την αρχική της γοητεία, που έπεισε πριν από δεκαετίες αρκετούς φυσικούς να την υιοθετήσουν.

«Αν τελικά ισχύει η υπερσυμμετρία, δεν είναι πλέον δυνατόν να επαληθευτεί η πιο ελκυστική εκδοχή της», σημειώνει στο ScienceNews ο θεωρητικός φυσικός Μάθιου Μπάκλεϊ από το πανεπιστήμιο Ρούτγκερς στο Νιου Τζέρσεϊ.

To find supersymmetric particles, LHC scientists search for particular signatures in their data. This collision, recorded by the ATLAS experiment at the LHC, was selected as a candidate in the search for supersymmetric particles. In this visualization, rectangles indicate components of the detector, and the five cones indicate “jets” or sprays of particles produced in the collision. The scientists ultimately didn’t find any evidence of the new particles. ATLAS COLLABORATION

Βέβαια, ορισμένοι επιστήμονες θεωρούν πως είναι νωρίς για απαισιοδοξία, αφού επισημαίνουν πως τα δεδομένα από τον LHC είναι μόλις το 1% των μετρήσεων που θα εξασφαλίσει σε όλη τη διάρκεια «ζωής» τους. Παρ’ όλα αυτά, άλλοι φυσικοί υποστηρίζουν πως η έως τώρα έλλειψη νέων ανακαλύψεων αποτελεί αρνητική έκπληξη για την πλειονότητα της επιστημονικής κοινότητας.

Σε τελική ανάλυση, η μεγαλύτερη ανησυχία των επιστημόνων δεν είναι τόσο αν θα επιβεβαιωθεί ή όχι η υπερσυμμετρία, αλλά μήπως η φύση παραμείνει πεισματικά «σιωπηλή» σε όλη τη διάρκεια λειτουργίας του επιταχυντή. Σε μία τέτοια περίπτωση, μπορεί ο επιταχυντής να έχει γράψει ιστορία ανιχνεύοντας το «σωματίδιο του Θεού» και επαληθεύοντας με αυτό τον τρόπο το Καθιερωμένο Πρότυπο, ωστόσο δεν θα έχει «φωτίσει» καθόλου τις ρωγμές που οι φυσικοί γνωρίζουν πως υπάρχουν στο Καθιερωμένο Πρότυπο.

Αυτό θα σημαίνει πως πλέον οι θεωρητικοί φυσικοί θα έχουν ελάχιστες ενδείξεις για το πού θα πρέπει να προσανατολισθούν, διατυπώνοντας νέες φυσικές θεωρίες. Και πάλι, υπογραμμίζει ο Χόκμπεργκ, «σε αυτή την περίπτωση θα έχουμε μάθει κάτι θεμελιώδες για τη φύση».

Πηγή: naftemporiki.gr – sciencenews.org