Bárki, aki az alaptudományt tanulmányozta, ismeri az atomot: az anyag alapvető építőelemeit, ahogyan tudjuk. Mindannyian bolygónkkal, a Naprendszerrel, a csillagokkal és a galaxisokkal együtt atomokból állunk. De maguk az atomok sokkal kisebb egységekből épülnek fel, amelyeket úgynevezett "szubatomi részecskék" -elektronok, protonok és neutronok. Ezen és más szubatomi részecskék tanulmányozását nevezik "részecskefizika" az anyagot és a sugárzást alkotó részecskék természetének és kölcsönhatásainak vizsgálata.
A részecskefizika kutatásának egyik legújabb témája a "szuperszimmetria", amely hasonló a húrhoz elmélet, az egydimenziós vonósok modelleit használja a részecskék helyett annak érdekében, hogy megmagyarázza bizonyos jelenségeket, amelyek még mindig nem érthetők meg. Az elmélet azt mondja, hogy az univerzum kezdetén, amikor a kezdetleges részecskék képződtek, azonos számú úgynevezett "szuperrészecske" vagy "szuperpartner" jött létre egyszerre. Bár ez az ötlet még nem bizonyított, a fizikusok ezt használják
olyan hangszerek, mint a nagy hadron ütköző hogy keresse ezeket a szuperrészecskéket. Ha léteznek, akkor legalább megkétszerezi az ismert részecskék számát a kozmoszban. A szuperszimmetria megértése érdekében a legjobb, ha megvizsgáljuk ezeket a részecskéket vannak az univerzumban ismert és megértett.A szubatomi részecskék megosztása
A szubatomi részecskék nem az anyag legkisebb egységei. Ezek még apróbb, az elemi részecskéknek nevezett osztásokból állnak, amelyeket a fizikusok maguknak a kvantummezők gerjesztésének tartanak. A fizikában a mezők olyan régiók, ahol az egyes területeket vagy pontokat olyan erő befolyásolja, mint a gravitáció vagy az elektromágnesesség. A "kvantum" bármely olyan fizikai entitás legkisebb mennyiségét jelenti, amely más entitásokkal való interakcióban vesz részt vagy erők befolyásolják. Az atomban levő elektron energiája kvantált. A fotonnak nevezett könnyű részecske egyetlen fénykvantum. A területe kvantummechanika vagy kvantumfizika ezen egységek tanulmányozása, és hogy a fizikai törvények hogyan befolyásolják őket. Vagy gondoljon rá nagyon kicsi mezők és diszkrét egységek tanulmányozására, és arra, hogy ezek hogyan hatnak a fizikai erők.
Részecskék és elméletek
Az összes ismert részecskét, beleértve az al-atomi részecskéket, és kölcsönhatásukat az alábbiak ismertetik egy standard modellnek nevezett elmélet. 61 elemi részecskéből áll, amelyek összekapcsolhatók összetett részecskékké. Ez még nem a természet teljes leírása, de elegendő elemet biztosít a részecskefizikusoknak és megérti néhány alapvető szabályt az anyag felépítéséről, különösen a korai szakaszban világegyetem.
A standard modell az univerzum négy alapvető erejének háromját írja le: az elektromágneses erő (amely az elektromosan töltött részecskék közötti kölcsönhatásokkal foglalkozik), a gyenge erő (amely a szubatomi részecskék közötti, radioaktív bomlást eredményező kölcsönhatásról szól), és az erős erő (amely a részecskéket kis távolságra tartja össze). Nem magyarázza a gravitációs erő. Mint fentebb említettük, ez a 61 eddig ismert részecskét is leírja.
Részecskék, erők és szuperszimmetria
A legkisebb részecskék, valamint az őket befolyásoló és irányító erők vizsgálata a fizikusokat a szuperszimmetria ötletéhez vezette. Azt állítja, hogy az univerzum minden részecskéje két csoportra oszlik: bozonok (amelyeket boszonokba és egy skaláris bozonba osztottak tovább) és fermionok (melyeket kvarkok és antikvarkok, leptonok és antileptonok, valamint különféle "nemzedékeik" alá sorolnak be). A hadronok több kvark kompozitjai. A szuperszimmetria elmélete feltételezi, hogy kapcsolat van ezen részecskék és altípusok között. Tehát például a szuperszimmetria azt mondja, hogy minden boszonnak léteznie kell egy fermionnak, vagy pedig minden elektronnak, azt sugallja, hogy létezik "szelektronnak" nevezett szuperpartner, és fordítva. Ezek a szuperpartnerek valamilyen módon kapcsolódnak egymáshoz.
A szuperszimmetria elegáns elmélet, és ha bebizonyosodik, hogy igaz, akkor sok a haladás a segítség felé a fizikusok teljesen magyarázzák az anyag építőelemeit a standard modellben, és beviszik a gravitációt szeres. A szuperpartner részecskéket azonban eddig nem fedezték fel a Nagy hadron ütköző. Ez nem azt jelenti, hogy nem léteznek, hanem azt, hogy még nem fedezték fel őket. Segíthet a részecske-fizikusoknak is egy nagyon alapvető szubatómiai részecske tömegének meghatározásában: a Higgsi bozon (amely a valami úgynevezett Higgs Field). Ez a részecske adja az anyagnak a tömegét, ezért fontos, hogy alaposan megértsük.
Miért fontos a szuperszimmetria?
A szuperszimmetria fogalma, bár rendkívül összetett, a középpontjában az a mód, hogy mélyebben belemerüljünk az univerzumot alkotó alapvető részecskékbe. Miközben a részecskefizikusok úgy vélik, hogy megtalálják az anyag legalapvetőbb egységeit az atomatom világban, még mindig messze van a távolság megértése tőlük. Tehát a szubatomi részecskék és lehetséges superpartnereik kutatása folytatódni fog.
A szuperszimmetria segíthet a fizikusok nulla bekapcsolásában is a sötét anyag természetét. Ez egy (eddig) láthatatlan anyagforma, amelyet közvetett módon észlelhetünk a normál anyagokra gyakorolt gravitációs hatása révén. Kiderülhet, hogy ugyanazok a részecskék, amelyeket a szuperszimmetria kutatásában keresnek, utalhatnak a sötét anyag természetére.