dimanche 18 novembre 2012

En dehors des lois de la physique


"En dehors des lois de la physique, les règles n'ont jamais vraiment fonctionné pour moi." - Craig Ferguson
Plus tôt cette semaine, la preuve a été présentée mesurer un taux de décroissance très rare - mais pas incroyablement précis - qui pointe vers le modèle standard étant elle aussi loin que de nouvelles particules accessibles aux collisionneurs (comme le LHC) vont. En d'autres termes, à moins que nous sommes frappés par une surprise physique grand, le LHC sera devenu célèbre pour avoir découvert le boson de Higgs et rien d'autre, ce qui signifie qu'il n'y a pas de fenêtre dans l'au-delà du Modèle Standard traditionnels via physique des particules expérimentale.

Crédit image: Fermilab, modifiée par moi.
Mais qu'en aucun cas est la même chose que de dire "le modèle standard est tout ce qu'il ya." Il ya un grand nombre d'observations qui nous disent très clairement qu'il ya très probablement plus à l'Univers que juste les quarks, leptons et bosons du modèle standard. Bien que les expériences nous disent que peu d'énergie supersymétrie et les dimensions supplémentaires n'existent probablement pas (et le LHC soit de les augmenter ou de les contraindre encore plus loin vers le point de non-pertinence), il ya beaucoup d'éléments de preuve qu'il ya plus de à l'existence de ces particules et leurs interactions.
Qu'y at-il là-bas? Jetons un coup d'oeil à le Top 5 des indices à la physique au-delà du Modèle Standard:

Crédit image: NASA, ESA, CFHT, et MJ Jee (University of California, Davis).
1.) La matière noire. De la formation des structures de collision d'amas de galaxies, de lentille gravitationnelle pour la nucléosynthèse du Big Bang, des oscillations acoustiques de baryons au modèle de anisotropies du fond diffus cosmologique, il est clair que la matière normale - les trucs fabriqués à partir de particules du modèle standard - est seulement d'environ 15 % de la masse de l'Univers. Le reste n'a tout simplement pas les interactions fortes ou électromagnétiques, et les neutrinos ont une masse insuffisante pour rendre compte plus de 1% de ce manque.
Si la matière noire est une particule - et la façon dont il apparaît à s'agglutiner et clusters suggère fortement qu'il est - il doit s'agir d'une particule au-delà du modèle standard. Tout ce que ses propriétés se révèlent actuellement une question ouverte en physique, et bien que de nombreux candidats ont vu le jour, aucune d'entre elles sont particulièrement convaincants.

Crédit image: Bryan Christie Design / Scientific American et Gordie Kane.
2.) Neutrinos massifs. Selon le modèle standard, les particules peuvent être soit sans masse - comme le photon et de gluons - ou pourraient avoir une masse déterminée par leur couplage avec le champ de Higgs. Il ya un éventail de ce que ces accouplements sont, et on obtient des particules aussi léger que l'électron - à seulement 0,05% d'un GeV (où 0,938 GeV est la masse d'un proton) - et aussi lourd que le quark top, ce qui fait pencher la échelles de masse à environ 170-175 GeV.
Ainsi, au cours de la dernière décennie, lorsque les masses des neutrinos ont été contraints pour la première fois (via les oscillations de neutrinos), il a surpris plus d'qu'elles ont été jugées très faible de la masse, mais d'avoir définitivement des masses non nulles. Pourquoi? Le général façon d'expliquer cela - le mécanisme de bascule - implique typiquement supplémentaires, des particules très lourdes (comme, peut-être un milliard ou un trillion de fois plus massifs que les particules du modèle standard) qui sont des extensions du modèle standard. Que ces particules existent ou il ya une autre explication, ces neutrinos massifs sont presque certainement indicative de la physique au-delà du Modèle Standard.

Crédit image: Examen Univers, des http://universe-review.ca/R02-14-CPviolation.htm.
3.) CP problème fort. Si vous avez changé toutes les particules impliquées dans une interaction avec leurs antiparticules, vous pourriez vous attendre les lois de la physique pour être le même: qui est connu comme la conjugaison de charge, ou C-symétrie. Si vous avez réfléchi particules dans un miroir, vous attendez probablement les particules en miroir se comporter de la même manière que leurs réflexions: qui est connu comme la parité, ou P-violation. Il ya des exemples où l'un de ces symétries est violée dans la nature et dans les interactions faibles (ceux médiés par les W-et Z-bosons), il n'y a rien qui interdit C et P d'être violé ensemble.
En fait, c'est la violation de CP se produit pour les interactions faibles (et a été mesurée dans des expériences multiples), et il est très important pour un certain nombre de raisons théoriques. Eh bien, dans la même veine, il n'y a rien dans le Modèle Standard interdisant la violation de CP de se produire dans les interactions fortes. Mais il n'est pas tout observé, à moins de 0.0000001% de la valeur attendue!
Pourquoi pas? Eh bien, à peu près toute explication physique (par opposition à la non-explication ", c'est juste la façon dont c'est drôle») se traduit par l'existence d' une nouvelle particule au-delà du modèle standard, qui peut être un bon candidat pour résoudre le problème n ° 1 : le problème de la matière noire!

Crédit image: John Rowe animation.
4.) Quantum Gravity. Le Modèle Standard ne fait aucun effort ni aucune réclamation à intégrer la force de gravitation / interaction en elle. Mais notre meilleure théorie actuelle de gravité - la relativité générale - n'a aucun sens champ gravitationnel extrêmement grandes ou petites distances extrêmement, les singularités qu'il nous donne sont indicatifs de la physique se cassent. Afin d'expliquer ce qui se passe là-bas, il faudra une théorie plus complète, ou quantique, de la gravité.
Nous ne savons pas comment faire un travail théorie de la gravité quantique . La théorie des cordes est une possibilité (et peut-être le seul jeu en ville viable), mais une chose toutes les possibilités ont en commun est l'existence d'une nouvelle particule: une masse nulle, spin-2 graviton . C'est peut-être le plus insaisissable et le plus fondamental des prévisions au-delà du Modèle Standard, et il ya au moins un (et peut-être plus) de particules nouveau là-bas si la gravité peut, en fait, être quantifié.

Crédit image: Moi, sur une image réelle du Soleil dans un filtre H-alpha.
5.) Baryogénèse. Il ya plus de matière que d'antimatière dans l'Univers, et alors qu'il ya beaucoup que nous pouvons dire au sujet de pourquoi et comment , nous ne savons pas exactement ce que la voie de l'Univers a eu pour conclure cette façon. Il ne sont pas nécessairement toutes les nouvelles particules qui doivent exister pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière, mais les quatre façons les plus courantes pour le produire (GUT, électrofaible, Leptogenesis, et Affleck-Dine), un seul (baryogénèse électrofaible) n ' t impliquent l'existence de nouvelles, au-delà, le modèle-Standard-particules.

Crédit image: http://www.shutterstock.com/.
Il ya aussi tout un tas de possibilités supplémentaires pour de nouvelles particules, y compris qu'il ya un (ou plusieurs) éventuellement associé à l'énergie sombre, il peut y avoir des monopôles magnétiques, grande unification, preons (petites particules qui composent les quarks et les leptons), et la porte est toujours ouverte pour les particules de dimensions supplémentaires ou soit la supersymétrie.
Je vous laisse avec deux choses à considérer.

Crédit image: Dorling Kindersley, Getty Images.
L'électron est une particule totalement stable. Même si un neutron libre se désintègre, un proton libre est supposé être totalement stable. Mais ce n'est pas nécessairement tout à fait stable. Grâce à des expériences impliquant des chiffres astronomiques géants d'atomes, nous avons déterminé que la durée de vie d'un proton est supérieure à au moins 10 35 ans, ce qui est incroyable.
Mais ce n'est pas infinie. Si un proton ne finissent par se décomposer, et ont une demi-vie qui est rien de moins que l'infini, cela signifie qu'il ya de nouvelles particules au-delà du Modèle Standard.
Et une dernière chose ...

Crédit image: Matthew J. Strassler, Kathryn M. Zurek.
Même s'il n'y a rien au-delà du Modèle Standard, une prédiction plaisir est l'existence de boules de glu , ou états liés de gluons. Ils doivent être trouvés dans les prochaines expériences collisionneur de particules, mais peut-être pas au LHC. Si elles n'existent pas, ou ne se présentent pas là où ils devraient, c'est un gros problème pour la chromodynamique quantique ou la théorie des interactions fortes qui fait partie du modèle standard.
Gardez un œil sur celui-ci: pas de boules de glu = autre chose ne va pas avec le modèle standard!
C'est donc là que nous en sommes maintenant, et même s'il n'y a pas la supersymétrie et les dimensions supplémentaires ne, nous avons encore beaucoup à découvrir. Gardez les yeux et les oreilles ouverts, et nous allons tous continuer à chercher ensemble!

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