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宇宙完美对称性的破裂可能是一扇通向全新物理学的窗户

粒子物理学的圣经正渴望升级。物理学家可能有这样的想法:一些粒子和力可能照镜子而不认识自己。这本身就将所谓的标准模型置于尾旋中。

宇宙中的亚原子粒子在镜子中翻转时,几乎所有的基本反应看起来都是一样的。镜像称为奇偶性,在物理学中称之为对称,或者说具有奇偶性对称。当然,并不是每个人都遵循规则。例如,我们知道,涉及到弱核力的反应,由于一系列其他原因也很奇怪,违反了宇称对称性。因此,量子世界中的其他力和粒子也是这一领域的规则破坏者是有道理的。

物理学家对这些其他假设的反应有一些想法,这些反应在镜子里看起来不一样,因此会破坏宇称对称性。这些奇怪的反应可能会指引我们走向新的物理学,帮助我们超越粒子物理学的标准模型,即我们目前对所有亚原子事物的总结。

不幸的是,我们永远不会在我们的原子粉碎器和实验室中看到这些奇怪的反应。这种相互作用太少,太弱,我们的仪器无法检测到,而我们的仪器可以调谐到其他类型的相互作用。但也可能有一些罕见的例外。位于日内瓦附近的世界上最大的原子加速器大型强子对撞机(LHC)的研究人员一直在寻找这些罕见的相互作用。到目前为止,他们空手而归,但即使这样的结果也很有启发性。这些消极的结果有助于从考虑中剔除毫无结果的假设,使物理学家能够专注于寻找新物理的更有希望的途径。[18次量子粒子爆炸我们的头脑]

镜子,墙上的镜子

在所有物理学中最重要的概念之一是对称性。你甚至可以合理地说物理学家只是对称性猎人。对称性揭示了支配现实最内在运作的自然基本定律。对称是个大问题。

那是什么?对称意味着,如果在一个过程或交互中更改一个元素,则过程保持不变。物理学家接着说,这个过程是对称的。我在这里故意含糊其辞,因为这里有很多不同的对称。例如,有时可以更改粒子上电荷的符号,有时可以在时间上向前或向后运行进程,有时可以运行进程的镜像版本。

最后一个,查看镜像中的进程,称为奇偶性对称。物理学中的大多数亚原子相互作用,无论是在你面前还是在镜子里,都会给出完全相同的结果。但是一些相互作用违背了这种对称性,如弱核力,特别是当中微子在与该力相关的相互作用中产生时,“KdSPE”“KdSPs”中微子总是自旋“反向”(换句话说,它们的自旋点的轴远离它们的运动方向)。而反中微子则“向前”旋转(它们的自旋轴在飞行时直接向前)。这意味着当你运行一个常规的,与依赖于弱核力的镜像翻转实验相比,在产生中微子和反中微子的数量上有非常微妙的差别。[奇怪的夸克和介子,天哪!据我们所知,自然界最微小的粒子被切割成

的碎片反映了

,弱核力和弱核力本身就违背了宇称的对称性。但也许不是唯一的。“KdSPE”“KDSPs”,我们知道物理超出了我们目前所理解的必须存在。其中一些假设性的想法和概念也违反了宇称的对称性。例如,这些理论中的一些预测了在通常的相互作用中存在的微妙的不对称性,这种相互作用涉及大型强子对撞机通常检测的粒子种类。

当然这些假设性的想法是异国情调的,复杂的,很难检验。在很多情况下,我们并不确定我们要寻找的是什么。

问题是,虽然我们知道我们目前对粒子世界的概念,即标准模型,是不完整的,但我们不知道在哪里寻找它的替代品。许多物理学家希望大型强子对撞机能揭示一些东西——一个新的粒子,一个新的相互作用,任何东西——这些东西会指引我们走向一些新的和令人兴奋的东西,但到目前为止,所有这些搜索都失败了。

许多以前的领先理论对于超出标准模型(如超对称)的理论正在慢慢被排除。这就是奇偶对称性破坏可能会派上用场的地方。

标准模型的几乎所有常见假设扩展都包含了仅弱核力破坏奇偶对称性的限制。(这是模型中的基本数学,如果你想知道它是如何工作的)这意味着像超对称、公理和轻夸克之类的概念都保持这种对称性恰好在它所在的地方,而且在其他地方也没有。“KdSPE”“KdSPS”,但是看,各位,如果这些共同的扩展没有平息,也许是时候扩大我们的范围了。由于这个原因,一组研究人员在大型强子对撞机的小型介子螺线管(CMS)实验所发布的数据缓存中搜索奇偶性违规;他们在4月29日发表在预打印服务器arXiv上的一项研究中详细说明了他们的结果。这是一个相当棘手的搜索,因为大型强子对撞机并不是真的设置为寻找奇偶性违规。但研究人员巧妙地找到了一种 ... ,通过检查其他粒子之间相互作用的剩余物。

结果:没有发现宇称违反的迹象。标准型号万岁。虽然这项研究没有开辟物理学的新领域,有点令人失望,但它将有助于澄清未来的研究。如果我们继续寻找,仍然没有发现弱核力之外的宇称违反的证据,那么我们知道,标准模型之外的任何东西,都必须有一些和主流理论相同的数学结构,只允许弱核力在镜子里看起来不同。

这是什么?你的物理问题回答了物理学中最大的未解之谜11个最美丽的数学方程

最初发表在《生命科学》杂志上

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