Kõik, kes on õppinud põhiteadusi, teavad aatomist: mateeria põhiosast, nagu me seda tunneme. Kõik meist koos oma planeedi, Päikesesüsteemi, tähtede ja galaktikatega on moodustatud aatomid. Kuid aatomid ise on ehitatud palju väiksematest ühikutest, mida nimetatakse "subatomaalseteks osakesteks" - elektroniteks, prootoniteks ja neutroniteks. Nende ja teiste subatomiliste osakeste uurimist nimetatakse "osakeste füüsika" mateeria ja kiirguse moodustavate osakeste olemuse ja vastastikmõjude uurimine.
Üks osakeste füüsika uurimise viimaseid teemasid on "supersümmeetria", mis sarnaneb nööriga teooria, kasutab osakeste asemel ühemõõtmeliste stringide mudeleid, et aidata selgitada teatud nähtusi, mis pole siiani hästi mõistetavad. Teooria ütleb, et universumi alguses, kui tekkisid algelised osakesed, loodi samal ajal võrdne arv niinimetatud "superosakesi" või "superpartnereid". Kuigi seda ideed pole veel tõestatud, kasutavad füüsikud sellised instrumendid nagu suur hadronikolonder et neid superosakesi otsida. Kui need eksisteerivad, kahekordistaks see vähemalt teadaolevate osakeste arvu kosmoses. Supersümmeetria mõistmiseks on kõige parem alustada osakeste uurimist
on universumis tuntud ja mõistetav.Subatomiliste osakeste jagamine
Subatomilised osakesed ei ole mateeria väikseimad ühikud. Need koosnevad veelgi väiksematest jagunemistest, mida nimetatakse elementaarseteks osakesteks, mida füüsikud peavad kvantväljade ergutajateks. Füüsikas on väljad piirkonnad, kus igat piirkonda või punkti mõjutab mingi jõud, näiteks raskusjõud või elektromagnetism. "Kvant" tähendab väikseimat füüsikaliste olemite hulka, mis on seotud interaktsioonidega teiste olemitega või mõjutatud jõudude poolt. Elektroni energia aatomis kvantiseeritakse. Valgusosake, mida nimetatakse footoniks, on üksik valguse kvant. Põld kvantmehaanika või kvantfüüsika on nende ühikute uurimine ja kuidas füüsilised seadused neid mõjutavad. Või mõelge sellele kui väga väikeste väljade ja eraldiseisvate üksuste uurimisele ning kuidas neid füüsilised jõud mõjutavad.
Osakesed ja teooriad
Kõiki teadaolevaid osakesi, sealhulgas ala-aatomi osakesi, ja nende koostoimeid kirjeldab teooria, mida nimetatakse standardmudeliks. Sellel on 61 elementaarset osakest, mida saab kombineeritud osakeste moodustamiseks moodustada. See pole veel looduse täielik kirjeldus, kuid see annab osakeste füüsikutele piisavalt järele proovida ja mõista mõningaid põhilisi reegleid, kuidas asi koosneb, eriti varakult universum.
Standardmudel kirjeldab kolme universumi neljast põhijõudust kolme: elektromagnetiline jõud (mis käsitleb elektriliselt laetud osakeste vastastikmõjusid), nõrk jõud (mis tegeleb alaatomiliste osakeste vahelise interaktsiooniga, mis põhjustab radioaktiivset lagunemist), ja tugev jõud (mis hoiab osakesi koos väikeste vahemaadega). See ei seleta gravitatsioonijõud. Nagu eespool mainitud, kirjeldab see ka 61 seni teadaolevat osakest.
Osakesed, jõud ja supersümmeetria
Väikseimate osakeste ning neid mõjutavate ja neid juhtivate jõudude uurimine on viinud füüsikud supersümmeetria ideeni. Ta väidab, et kõik universumi osakesed jagunevad kahte rühma: bosonid (mis on alamklassifitseeritud gabariidibosoonideks ja ühe skalaarbosoniks) ja fermioonid (mis klassifitseeritakse alamklassideks nagu kvargid ja antikvaarid, leptonid ja antileptonid ning nende erinevad põlvkonnad). Hadronid on mitme kvargi komposiidid. Supersümmeetria teooria eeldab, et kõigi nende osakeste tüüpide ja alatüüpide vahel on seos. Nii näiteks ütleb supersümmeetria, et iga bosoni jaoks peab eksisteerima fermion või iga elektroni kohta võib järeldada, et on olemas superpartner, mida nimetatakse "selektroniks" ja vastupidi. Need superpartnerid on mingil viisil üksteisega ühendatud.
Supersümmeetria on elegantne teooria ja kui tõestatakse, et see vastab tõele, läheks see aitamiseni veel palju füüsikud selgitavad täielikult standardmudeli materiaalelemente ja viivad gravitatsiooni korda. Siiani ei ole superpartneri osakesi siiski katsetes tuvastatud Suur hadronikolonder. See ei tähenda, et neid pole olemas, vaid et neid pole veel avastatud. See võib aidata ka osakestefüüsikutel kindlaks määrata väga põhilise subatomaatilise osakese massi: Higgsi bosoni (mis on midagi, mida nimetatakse Higgsi väljaks). See on osake, mis annab kogu mateeriale massi, seega on oluline seda põhjalikult mõista.
Miks on supersümmeetria oluline?
Supersümmeetria kontseptsioon on küll ülimalt keeruline, kuid selle keskmes on viis süveneda universumi moodustavatesse põhiosakestesse. Osakestefüüsikud arvavad, et on aatomituumaailmas leidnud kõige olulisemad aineühikud, kuid nende mõistmisest on veel kaugel. Niisiis jätkatakse subatomaalsete osakeste olemuse ja nende võimalike superpartnerite uurimist.
Supersümmeetria võib aidata ka füüsikuid nullist sisse lülitada tumeaine olemus. See on (seni) nähtamatu mateeria vorm, mida saab kaudselt tuvastada selle gravitatsioonilise mõju tõttu tavalisele mateeriale. Võib hästi välja mõelda, et samad osakesed, mida otsitakse supersümmeetria uurimisel, võivad vihjata tumeaine olemusele.