La teoria di governo della fisica delle particelle spiega tutto ciò che riguarda il mondo subatomico ... tranne le parti che non lo fanno. E sfortunatamente, non ci sono molti aggettivi lusinghieri che possono essere applicati al cosiddetto modello standard. Costruita a poco a poco nel corso di decenni, questa teoria della fisica fondamentale è meglio descritta come sgraziata, hodgepodge e MacGyver-ed insieme a pezzi di spago e gomma da masticare.
Tuttavia, è un modello incredibilmente potente che prevede accuratamente un'incredibile varietà di interazioni e processi.
Ma ha alcune evidenti carenze: non incorpora la gravità; non può spiegare le masse di varie particelle, alcune delle quali conferiscono forza; non ha una spiegazione per alcuni comportamenti neutrini; e direttamente non ha una risposta per l'esistenza della materia oscura.
Quindi, dobbiamo capire qualcosa. Dobbiamo andare oltre il Modello standard per comprendere meglio il nostro universo.
Sfortunatamente, molti dei principali contendenti che hanno spiegato questo grande oltre - chiamati teorie supersimmetriche - sono stati esclusi o fortemente limitati negli ultimi anni. C'è ancora un concetto di Ave Maria che potrebbe spiegare le parti misteriose dell'universo non coperte dal Modello Standard: particelle supersimmetriche di lunga durata, a volte chiamate sparticelle in breve. Ma deprimente, una recente ricerca di queste particelle strane è tornata a mani vuote.
Simmetria non così super
Le teorie di gran lunga più alla moda che superano i limiti dell'attuale Modello standard sono raggruppate in una classe di idee nota come supersimmetria. In questi modelli, i due principali campi di particelle in natura ("bosoni", come i fotoni familiari e "fermioni" - come elettroni, quark e neutrini) hanno in realtà uno strano tipo di relazione tra fratelli. Ogni singolo bosone ha un partner nel mondo dei fermioni e, allo stesso modo, ogni fermione ha un amico bosone che può chiamare il proprio.
Nessuno di questi partner (o più appropriatamente nel gergo confuso della fisica delle particelle - "superpartner") fa parte della normale famiglia di particelle conosciute. Invece, sono in genere molto, molto più pesanti, più strani e generalmente più strani.
Questa differenza di massa tra le particelle conosciute e i loro superpartner è il risultato di qualcosa chiamato rottura della simmetria. Ciò significa che ad alte energie (come gli interni degli acceleratori di particelle), le relazioni matematiche tra le particelle e i loro partner sono su una chiglia uniforme, portando a masse uguali. A basse energie (come i livelli di energia che si verificano nella normale vita di tutti i giorni), tuttavia, questa simmetria viene interrotta, facendo salire alle stelle le masse di particelle. Questo meccanismo è importante, perché capita anche potenzialmente di spiegare perché, ad esempio, la gravità è molto più debole delle altre forze. La matematica è solo un po 'complicata, ma la versione breve è questa: qualcosa si è rotto nell'universo, facendo diventare le particelle normali drasticamente meno massicce dei loro superpartner. Quella stessa azione di rottura potrebbe aver punito la gravità, diminuendo la sua forza rispetto alle altre forze. Nifty.
Vivi a lungo ed in prosperità
Per cercare la supersimmetria, un gruppo di fisici intervenne e costruì il demolitore di atomi chiamato Large Hadron Collider, che dopo anni di ardue ricerche giunse alla conclusione sorprendente ma deludente che quasi tutti i modelli di supersimmetria fossero sbagliati.
Ops.
In poche parole, non possiamo trovare particelle di partner. Zero. Zilch. Nada. Nessun accenno di supersimmetria è apparso nel collider più potente del mondo, dove le particelle sono chiuse attorno a un aggeggio circolare a una velocità prossima alla luce prima di scontrarsi tra loro, il che a volte porta alla produzione di nuove particelle esotiche. Ciò non significa necessariamente che la supersimmetria sia di per sé sbagliata, ma ora sono stati esclusi tutti i modelli più semplici. È tempo di abbandonare la supersimmetria? Forse, ma potrebbe esserci un'Ave Maria: particelle di lunga durata.
Di solito, nella terra della fisica delle particelle, più sei massiccio, più sei instabile e più velocemente decomponi in particelle più semplici e leggere. È solo come stanno le cose. Poiché ci si aspetta che tutte le particelle del partner siano pesanti (altrimenti, ormai le avremmo già viste), ci aspettavamo che si sarebbero rapidamente decomposte in docce di altre cose che potremmo riconoscere, e quindi avremmo costruito i nostri rilevatori di conseguenza.
E se le particelle del partner fossero di lunga durata? E se, attraverso alcune stranezze della fisica esotica (concedi ai teorici qualche ora per pensarci, e troveranno più di abbastanza stranezze per farlo accadere), queste particelle riescono a sfuggire ai confini dei nostri rivelatori prima di decadere debitamente in qualcosa di meno strano? In questo scenario, le nostre ricerche sarebbero state completamente vuote, semplicemente perché non stavamo guardando abbastanza lontano. Inoltre, i nostri rilevatori non sono progettati per essere in grado di cercare direttamente queste particelle di lunga durata.
ATLAS in soccorso
In un recente articolo pubblicato online l'8 febbraio sul server di prestampa arXiv, i membri della collaborazione ATLAS (in qualche modo scomoda per la collaborazione di A Toroidal LHC ApparatuS) al Large Hadron Collider hanno riferito di un'indagine su tali particelle di lunga durata. Con l'attuale configurazione sperimentale, non sono stati in grado di cercare ogni possibile particella di lunga durata, ma sono stati in grado di cercare particelle neutre con masse comprese tra 5 e 400 volte quella del protone.
Il team ATLAS ha cercato particelle di lunga durata non al centro del rilevatore, ma ai suoi bordi, che avrebbero permesso alle particelle di spostarsi ovunque da pochi centimetri fino a pochi metri. Ciò potrebbe non sembrare molto lontano in termini di standard umani, ma per particelle massicce e fondamentali, potrebbe anche essere il margine dell'universo conosciuto.
Naturalmente, questa non è la prima ricerca di particelle di lunga durata, ma è la più completa, usando quasi tutto il peso di un sacco di registrazioni sperimentali presso il Large Hadron Collider.
E il grande risultato: niente. Zero. Zilch. Nada.
Non un singolo segno di particelle di lunga durata.
Questo significa che anche l'idea è morta? Non proprio: questi strumenti non sono stati progettati per andare a caccia di questo tipo di bestie selvagge, e stiamo solo raschiando con ciò che abbiamo. Potrebbe volerci un'altra generazione di esperimenti specificamente progettati per intrappolare particelle di lunga durata prima che ne prendiamo effettivamente una.
O, più deprimente, non esistono. Ciò significherebbe che queste creature - insieme ai loro partner supersimmetrici - sono in realtà solo fantasmi inventati da fisici febbrili, e ciò di cui abbiamo effettivamente bisogno è un quadro completamente nuovo per risolvere alcuni dei problemi eccezionali della fisica moderna.
