Όποιος έχει σπουδάσει βασική επιστήμη, γνωρίζει για το άτομο: το βασικό δομικό στοιχείο της ύλης, όπως το ξέρουμε. Όλοι μας, μαζί με τον πλανήτη μας, το ηλιακό σύστημα, τα αστέρια και οι γαλαξίες, είναι κατασκευασμένα από άτομα. Όμως, τα ίδια τα άτομα είναι χτισμένα από πολύ μικρότερες μονάδες που ονομάζονται "υποατομικά σωματίδια" - ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Η μελέτη αυτών και άλλων υποατομικών σωματιδίων καλείται "σωματιδιακή φυσική" τη μελέτη της φύσης και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ αυτών των σωματιδίων, τα οποία αποτελούν την ύλη και την ακτινοβολία.
Ένα από τα τελευταία θέματα στην έρευνα της σωματιδιακής φυσικής είναι η "υπερσυμμετρία" η οποία, όπως και η σειρά θεωρία, χρησιμοποιεί μοντέλα μονοδιάστατων χορδών αντί των σωματιδίων για να εξηγήσει ορισμένα φαινόμενα που δεν είναι ακόμα καλά κατανοητά. Η θεωρία λέει ότι στην αρχή του σύμπαντος, όταν σχηματίστηκαν τα στοιχειώδη σωματίδια, δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα ίσοι αριθμοί λεγόμενων «υπερκρισμάτων» ή «υπερπαραγωγών». Αν και αυτή η ιδέα δεν έχει ακόμη αποδειχθεί, οι φυσικοί χρησιμοποιούν
όπως το Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων για να αναζητήσετε αυτά τα υπερκείμενα. Αν υπάρχουν, θα διπλασιάσουν τουλάχιστον τον αριθμό των γνωστών σωματιδίων στον Κόσμο. Για να κατανοήσετε την υπερσυμμετρία, είναι καλύτερο να αρχίσετε με μια ματιά στα σωματίδια που είναι γνωστό και κατανοητό στο σύμπαν.Διαίρεση των υποατομικών σωματιδίων
Τα υποατομικά σωματίδια δεν είναι οι μικρότερες μονάδες της ύλης. Αποτελούνται από ακόμη πιο μικρά τμήματα που ονομάζονται στοιχειώδη σωματίδια, τα οποία τα ίδια θεωρούνται από τους φυσικούς ως διεγέρσεις των κβαντικών πεδίων. Στη φυσική, τα πεδία είναι περιοχές όπου κάθε περιοχή ή σημείο επηρεάζεται από μια δύναμη, όπως η βαρύτητα ή ο ηλεκτρομαγνητισμός. "Κβαντική" αναφέρεται στη μικρότερη ποσότητα οποιασδήποτε φυσικής οντότητας που εμπλέκεται σε αλληλεπιδράσεις με άλλες οντότητες ή επηρεάζεται από δυνάμεις. Η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο είναι κβαντισμένη. Ένα ελαφρύ σωματίδιο, που ονομάζεται φωτόνιο, είναι ένα κβαντικό φως. Το πεδίο του κβαντομηχανική ή κβαντική φυσική είναι η μελέτη αυτών των μονάδων και το πώς τους επηρεάζουν οι φυσικοί νόμοι. Ή, σκεφτείτε το ως μελέτη πολύ μικρών πεδίων και διακριτών μονάδων και πώς επηρεάζονται από τις φυσικές δυνάμεις.
Σωματίδια και Θεωρίες
Όλα τα γνωστά σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των υπο-ατομικών σωματιδίων, και οι αλληλεπιδράσεις τους περιγράφονται από μια θεωρία που ονομάζεται Πρότυπο Μοντέλο. Έχει 61 στοιχειώδη σωματίδια τα οποία μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν σύνθετα σωματίδια. Δεν είναι ακόμη μια πλήρης περιγραφή της φύσης, αλλά δίνει αρκετό για τους φυσικούς σωματιδίων να δοκιμάσουν και να κατανοήσουν ορισμένους θεμελιώδεις κανόνες για το πώς γίνεται η ύλη, ιδιαίτερα στις πρώτες σύμπαν.
Το Τυπικό Μοντέλο περιγράφει τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στο σύμπαν: την ηλεκτρομαγνητική δύναμη (η οποία ασχολείται με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων), η ασθενής δύναμη (η οποία ασχολείται με την αλληλεπίδραση μεταξύ υποατομικών σωματιδίων που έχει ως αποτέλεσμα τη ραδιενεργή αποσύνθεση), και την ισχυρή δύναμη (που συγκρατεί σωματίδια σε μικρές αποστάσεις). Δεν εξηγεί τη βαρυτική δύναμη. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, περιγράφει επίσης τα 61 σωματίδια που είναι γνωστά μέχρι τώρα.
Σωματίδια, δυνάμεις και υπερσυμμετρία
Η μελέτη των μικρότερων σωματιδίων και των δυνάμεων που τις επηρεάζουν και τις διέπουν έχει οδηγήσει τους φυσικούς στην ιδέα της υπερσυμμετρίας. Υποστηρίζει ότι όλα τα σωματίδια του σύμπαντος χωρίζονται σε δύο ομάδες: bosons (τα οποία υποτάσσονται σε βοσόνια μετρητών και ένα κλιμακωτό μποζόνιο) και φερμιόνια (τα οποία κατατάσσονται ως κουάρκ και αντίκουρκες, λεπτόνια και αντι-λεπτόνια και οι διάφορες "γενιές" τους). Τα αδρόνια είναι σύνθετα από πολλαπλά κουάρκ. Η θεωρία της υπερσυμμετρίας αναφέρει ότι υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ όλων αυτών των τύπων σωματιδίων και υποτύπων. Έτσι, για παράδειγμα, η υπερσυμμετρία λέει ότι πρέπει να υπάρχει φερμιόνιο για κάθε μποζόνιο, ή, για κάθε ηλεκτρόνιο, υποδηλώνει ότι υπάρχει superpartner που ονομάζεται "selectron" και αντίστροφα. Αυτοί οι υπερπαραγωγοί συνδέονται μεταξύ τους με κάποιο τρόπο.
Η υπερσυμμετρία είναι μια κομψή θεωρία και αν αποδειχθεί ότι είναι αλήθεια, θα πάει πολύ μακριά προς τη βοήθεια οι φυσικοί εξηγούν πλήρως τα δομικά στοιχεία της ύλης μέσα στο Πρότυπο Μοντέλο και φέρνουν τη βαρύτητα μέσα στο πτυχή. Μέχρι στιγμής, όμως, τα σωματίδια υπερσυλλεκτών δεν έχουν ανιχνευθεί σε πειράματα χρησιμοποιώντας το Μεγάλος Μετρητής Αδρονίων. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν, αλλά ότι δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί. Μπορεί επίσης να βοηθήσει τους σωματικούς φυσικούς να καταγράψουν τη μάζα ενός πολύ βασικού υποατομικού σωματιδίου: το μποζόνιο Higgs (που είναι μια εκδήλωση κάτι που ονομάζεται Πεδίο Higgs). Αυτό είναι το σωματίδιο που δίνει όλη τη μάζα της, έτσι είναι σημαντικό να καταλάβουμε πλήρως.
Γιατί είναι η Υπερσυμμετρία Σημαντική;
Η έννοια της υπερσυμμετρίας, ενώ είναι εξαιρετικά περίπλοκη, είναι, στην καρδιά της, ένας τρόπος να εμβαθύνουμε βαθύτερα στα θεμελιώδη σωματίδια που συνθέτουν το σύμπαν. Ενώ οι σωματιδιακοί φυσικοί πιστεύουν ότι έχουν βρει τις πολύ βασικές μονάδες της ύλης στον υποατομικό κόσμο, είναι ακόμα πολύ μακριά από την πλήρη κατανόησή τους. Έτσι, η έρευνα σχετικά με τη φύση των υποατομικών σωματιδίων και των πιθανών υπερκαινοφανών τους θα συνεχιστεί.
Η υπερσυμμετρία μπορεί επίσης να βοηθήσει τους φυσικούς να μηδενίζουν τη φύση της σκοτεινής ύλης. Είναι μια (μέχρι τώρα) αόρατη μορφή ύλης που μπορεί να ανιχνευθεί έμμεσα από την βαρυτική επίδρασή της στην κανονική ύλη. Θα μπορούσε να αποδειχθεί ότι τα ίδια σωματίδια που αναζητούνται στην έρευνα υπερσυμμετρίας θα μπορούσαν να δώσουν ένδειξη στη φύση της σκοτεινής ύλης.