String Theory: Testing Supersymmetry
Eine wichtige Vorhersage der String-Theorie ist, dass eine grundlegende Symmetrie besteht zwischen Bosonen und Fermionen, die so genannte Supersymmetrie. Für jedes Boson existiert eine ähnliche Fermion und für jedes Fermion gibt es einen Zusammenhang mit Boson. (Bosonen und Fermionen sind Arten von Partikeln mit verschiedenen Spins.)
Die Suche nach der fehlenden Sparticles
Unter Supersymmetrie, hat jedes Teilchen eine Superpartner. Jeder Boson hat eine entsprechende fermionischen Superpartner, so wie auch jede Fermion ein bosonische Superpartner hat. Die Namenskonvention ist, dass fermionischen Superpartner endet in # 147 - ino, # 148- während bosonische Superpartner mit einem Start # 147-s. # 148- diese Superpartner zu finden, ist ein wichtiges Ziel der modernen Hochenergiephysik.
Das Problem ist, dass es ohne eine vollständige Version der Stringtheorie, Stringtheoretiker nicht wissen, welche Energieniveaus zu betrachten. Die Wissenschaftler werden die Erkundung zu halten, bis sie Superpartner finden und arbeiten dann rückwärts, eine Theorie zu konstruieren, die die Superpartner enthält. Dies scheint nur geringfügig besser als das Standardmodell der Teilchenphysik, wo die Eigenschaften aller 18 Elementarteilchen müssen von Hand eingegeben werden.
Auch dann, wenn es keine grundlegenden theoretischen Grund zu sein scheinen Warum Wissenschaftler haben nicht Superpartner noch nicht gefunden. Wenn die Super die Kräfte der Physik tut vereinigen und die Hierarchie Problem zu lösen, dann würde erwarten, dass Wissenschaftler Niedrigenergiesuperpartner zu finden. (Die Suche nach dem Higgs-Boson ist seit Jahren dieselben Fragen im Rahmen des Standardmodells Rahmen durchgemacht. Es hat noch experimentell entweder erkannt werden.)
Stattdessen haben die Wissenschaftler Energiebereiche in ein paar hundert GeV untersucht, haben aber noch keine Superpartner gefunden. So wäre der leichteste Superpartner zu sein scheinen schwerer als die 17 beobachtet Elementarteilchen. Einige theoretische Modelle sagen voraus, dass die Superpartner 1000-mal schwerer als Protonen sein könnte, so dass ihre Abwesenheit verständlich ist (schwerere Teilchen dazu neigen, oft instabil und kollabieren in niedrigere Energiepartikeln, wenn möglich zu sein), aber immer noch frustrierend.
Gerade jetzt, der beste Kandidat für eine Art supersymmetrischen Teilchen außerhalb eines Hochenergie-Teilchenbeschleuniger zu finden, ist die Idee, dass die dunkle Materie in unserem Universum tatsächlich die fehlenden Superpartner sein.
Testen Auswirkungen der Supersymmetrie
Wenn die Super vorhanden ist, dann dauert einige physikalische Prozess Ort, der die Symmetrie bewirkt spontan gebrochen werden, wie sich das Universum aus einem dichten Hochenergiezustand in seiner aktuellen Niedrigenergiezustand übergeht.
Mit anderen Worten, wie das Universum abgekühlt hatten die Superpartner irgendwie in die Teilchen zerfallen wir heute beobachten. Wenn Theoretiker diese spontane Symmetrie brechende Prozess in einer Art und Weise zu modellieren, das funktioniert, kann es einige überprüfbare Vorhersagen ergeben.
Das Hauptproblem ist die so genannte Geschmack Problem. Im Standardmodell gibt es drei Varianten (oder Generationen) von Partikeln. Elektronen, Myonen und Taus sind drei verschiedene Varianten von Leptonen.
Im Standardmodell sind diese Teilchen nicht direkt miteinander interagieren. (Sie können eine Eichboson austauschen, so gibt es eine indirekte Interaktion.) Physiker weisen Sie jeder Partikelzahlen basierend auf seinen Geschmack, und diese Zahlen sind eine Erhaltungsgröße in der Quantenphysik.
Die Elektronenzahl, Myon-Nummer, und Tau Zahlen nicht ändern, insgesamt während einer Interaktion. Ein Elektron, zum Beispiel, wird eine positive Elektronenzahl aber bekommt 0 für beide Myon und Tau-Zahlen.
Wegen dieses ein Myon (die eine positive muon Nummer hat aber eine Elektronenzahl von Null) kann niemals in ein Elektron zerfallen (mit einer positiven Elektronenzahl, aber ein Myon Zahl von Null), oder umgekehrt. Im Standardmodell und die Super, sind diese Zahlen erhalten, und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Aromen von Partikeln sind verboten.
Allerdings ist unser Universum nicht Supersymmetrie haben - es hat gebrochene Supersymmetrie. Es gibt keine Garantie dafür, dass die gebrochenen Supersymmetrie die Myon und Elektronenzahl wird erhalten, und eine Theorie der spontanen Supersymmetriebrechung zu schaffen, die diese Erhaltung intakt hält, ist tatsächlich sehr hart. können vorsehen, eine prüfbare Hypothese es Succeeding, für experimentelle Unterstützung der Stringtheorie erlaubt.