dimanche 18 novembre 2012

Y at-il au-delà de la physique des particules du modèle standard?


"... Ce consensus a été provoquée, non pas par des changements dans les préférences philosophiques ou par l'influence des mandarins astrophysiques, mais par la pression des données empiriques." - Steven Weinberg
L'une des questions les plus fondamentales que nous puissions poser des questions sur l'existence tout entière est «De quoi est fait l'Univers?"

Crédit image: Misti Mountain Observatory.
Je ne veux pas dire "les étoiles et les galaxies», comme vous le voyez ci-dessus. Cela pourrait faire l'Univers aux grandes échelles, mais c'est jeter un oeil à la question de ce que les constituants fondamentaux de l'Univers se composer en.
L'autre côté de la médaille, c'est de regarder à des échelles toujours plus petites et plus petites à la matière, et d'essayer de comprendre ce que le plus petit, les choses sont indivisibles. Pour prendre quoi que ce soit, qu'il s'agisse d'un superamas, étoile, planète, humaine ou amibes, et de le décomposer en plus petites choses possibles.

Crédit image: PNAS, 26 Décembre, 2007, vol. 104, no. 52, 20719-20724.
Au-delà du niveau cellulaire, sous les molécules et les atomes et les protons de l'existence, nous pouvons enfin atteindre les fondamentaux, particules indivisibles qui ne peuvent être divisés en plus petits quoi que ce soit. Ces particules - les quarks et les gluons, les leptons chargés et neutrinos, les bosons de jauge électrofaibles et le boson de Higgs - constituent le modèle standard des particules élémentaires . Combiné avec gravité, autant que nous puissions en juger, ce sont les constituants les plus fondamentaux de toute la matière normale * et de l'énergie dans l'Univers.

Crédit image: Fermilab, modifiée par moi.
Nous apprenons à connaître ces particules - leur existence, les frais, les masses, et (pour les plus instables) leurs durées de vie et les propriétés de désintégration - pas de construire des microscopes de plus en plus puissants. Au lieu de cela, nous construisons des accélérateurs de particules de plus en plus puissantes et collisionneurs, et de mesurer ce qui sort avec des détecteurs gigantesques.
Par l'accélération de particules le plus près possible de la vitesse de la lumière, et les particules entrant en collision avec soit-ou-antiparticules se déplaçant avec une quantité égale et opposée de quantité de mouvement, on peut utiliser une fraction de cette énergie géant (jusqu'à 100%) pour simplement créer de nouvelles particules; quoi que ce soit permise par les lois de la physique.

Crédit image: Maximilien Brice, © CERN.
Vous construisez vos détecteurs géants autour du point de collision, et de mesurer ce qui sort, c'est la façon dont votre travail accélérateurs de particules modernes. Maintenant, voici la chose: vous ne faites pas la grande majorité de ces particules fondamentales - en particulier les quarks et les gluons - de leur propre chef.
En raison de la durée de leur donner, ils se combinent avec d'autres particules fondamentales et forment des états liés, tels que les mésons ou baryons, avant de se désintégrer.

Crédit image: La Aftermatter de http://theaftermatter.blogspot.com/.
L'une des variantes de mesons qui existent constitués d'un quark (ou antiquark) et un antiquark étrange (ou fromage blanc) paire. La fois le fond et le quark étrange quark sont instables, et il ya une variété de produits de désintégration qui peuvent découler de cette particule.

Crédit image: Fermilab Aujourd'hui, à http://www.fnal.gov/pub/today/archive_2011/today11-09-08.html.
Un des canaux de désintégration - et c'est un rare - est que cette particule peut se désintégrer en un muon et un muon anti-.
Maintenant, voici où cela devient intéressant: toutes les particules fondamentales qui existent dans les deux univers à l'autre. La question de savoir exactement comment ils couple et par exactement combien est ce qui maintient de nombreux théoriciens en physique des particules utilisées, parce que la physique sous-jacente est connue, mais les calculs de choses comme les taux d'événements, de branchement fractions / ratios et les paramètres de décroissance doit être calculé. De plus, s'il ya un physique intéressant au-delà du Modèle Standard, il apparaîtra comme un écart dans les taux de décomposition / ratios de particules comme celui-ci.

Crédit image: David Straub, basée sur le présent document: http://arxiv.org/abs/1012.3893, via S. Carroll.
En d'autres termes, vous pouvez voir ce que la prédiction du Modèle Standard est la suivante: environ 3,5 × 10 -9 des mésons bas étranges se désintégrer en paires de muons-antimuon, et environ 1,1 × 10 -10 des mésons bas-down se décomposera en muon-antimuon paires.
Toute dérogation à ce devient une preuve très solide pour la physique des particules fondamentales - et - qui sont en dehors du Modèle Standard. Toutefois, une mesure de ces rapports de branchement qui s'aligne avec le modèle standard sera très limitent fortement alternatives au modèle standard, notamment la supersymétrie (SUSY).

Crédit image: DESY à Hambourg.
Fondamentalement, les bas-de-masse les superparticules (théoriques) sont, plus ils affectent ce taux. Donc, si nous mesurons le taux à ce que le modèle standard nous dit d'être, nous pouvons limiter la masse de toutes les particules (possible) SUSY être très grand, et plus nous limiter ce taux à être en accord avec ce que le Modèle Standard nous dit, plus il cherche la supersymétrie comme ayant une quelconque pertinence pour notre Univers.
Eh bien, devinez ce qui est sorti cette semaine ?

Crédit image: LHCb du CERN, R. et al Aaij, de http://arxiv.org/abs/arXiv:1211.2674..
La première mesure réelle, plutôt qu'une contrainte, de carie que!
Et ... vous voulez savoir ce qu'ils ont trouvé? Que nous avons la preuve que le modèle standard est parfaite, ou si il ya quelque chose de nouveau là-bas, au bord de la découverte?

Crédit image: LHCb du CERN, R. et al Aaij, de http://arxiv.org/abs/arXiv:1211.2674..
Je dois dire que les résultats sont, et ce qu'ils fondamentalement état ​​est qu'il n'y a pas besoin de toute la physique au-delà du modèle standard, car ils mesurent les taux que d'environ 3,2 × 10 -9 des mésons bas étranges (avec des barres d'erreur de l'ordre de +1,5 et -1,2) se désintégrer en muon antimuon paires, et moins de 9,4 × 10 -10 de la désintégration du bas vers le bas dans mésons muon antimuon paires, les deux contraintes sur les meilleurs jamais. (PDF complet ici .)
Pour paraphraser un ami théoricien des particules de la mine:
Cela limite les masses des particules supersymétriques être n'importe où à partir d'environ 1 TeV à l'infini. Je parie sur l'infini.
En d'autres termes, il n'existe actuellement pas l'ombre d'une preuve expérimentale à l'appui de la nécessité - ou l'existence de - SUSY.

Crédit image: Geoff Brumfiel de la nature.
Pour ceux d'entre vous de compter les points, sans SUSY à toutes les énergies signifie pas sur la question de la théorie des cordes , alors ne retenez pas votre souffle sur ce front, que ce soit. Nous pouvons avoir atteint la fin de ce que nous pouvons en apprendre davantage sur les principes fondamentaux de l'Univers de la physique des particules , et plus les données du LHC continue d'accord avec le modèle standard, les moins attrayants "nouvelles" théories de la physique comme SUSY, dimensions supplémentaires et en technicolor devenir.
Le modèle standard a encore des problèmes, et il doit y avoir physique - à un moment donné - au-delà, mais cela pourrait que ce soit pour la physique des particules. Y at-il au-delà de la physique des particules du modèle standard? Jusqu'à présent, la preuve dit non.
* - La matière noire non inclus.

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