सुपरसमेट्री सुपर-कमाल है। यहाँ कण भौतिकी के लिए इसका क्या अर्थ है।

18 मई, 2012 को ATLAS डिटेक्टर द्वारा दर्ज की गई इस टक्कर में एक हिग्स बोसोन का क्षय हुआ।

(छवि: © एटलस)

पॉल एम। सटर SUNY स्टोनी ब्रुक और फ्लैटिरॉन इंस्टीट्यूट, मेजबान में एक खगोल भौतिकीविद है एक अंतरिक्ष यात्री से पूछें तथा अंतरिक्ष रेडियोऔर "के लेखकब्रह्मांड में आपका स्थान।"सटर ने इस लेख में योगदान दिया स्पेस.कॉम के एक्सपर्ट वॉयस: ओप-एड एंड इनसाइट्स. 

प्रकृति में समरूपता ब्रह्माण्ड की सार्वभौमिकता से लेकर ब्रह्मांड के एकीकरण तक की हमारी मूलभूत समझ को दर्शाती है प्रकृति के बल उच्च ऊर्जा पर।

1970 के दशक में, भौतिकविदों ने एक संभावित समरूपता को उजागर किया, जो हमारे ब्रह्मांड के सभी प्रकार के कणों को एकजुट करता है, इलेक्ट्रॉनों से लेकर फोटोन तक और बीच में सब कुछ। इस संबंध के रूप में जाना जाता है supersymmetryस्पिन के अजीब क्वांटम गुण पर निर्भर करता है, और संभावित रूप से भौतिकी की नई समझ को अनलॉक करने की कुंजी रखता है।

समरूपता शक्ति है

सदियों से, समरूपता ने भौतिकविदों को पूरे ब्रह्मांड में अंतर्निहित कनेक्शन और मौलिक संबंधों को खोजने की अनुमति दी है। कब आइजैक न्यूटन पहले इस विचार पर क्लिक किया गया कि गुरुत्वाकर्षण जो एक पेड़ से एक सेब खींचता है वही सटीक बल है जो चंद्रमा को सूर्य के चारों ओर कक्षा में रखता है, उसने एक समरूपता की खोज की: गुरुत्वाकर्षण के नियम वास्तव में सार्वभौमिक हैं। इस अंतर्दृष्टि ने उन्हें यह समझने की अनुमति दी कि प्रकृति कैसे काम करती है।

1800 के दशक के दौरान, दुनिया भर के भौतिकविदों ने बिजली, चुंबकत्व और विकिरण के अजीब गुणों पर ध्यान आकर्षित किया। एक तार के नीचे बिजली का करंट आने से क्या हुआ? कताई चुंबक एक ही वर्तमान को चारों ओर कैसे धकेल सकता है? प्रकाश एक तरंग या एक कण था? जेम्स क्लर्क मैक्सवेल द्वारा एक साफ गणितीय सफलता में कठिन विचार के समापन का निर्णय लिया गया, जिन्होंने सरल समीकरणों के एकल सेट के तहत जांच के इन सभी अलग शाखाओं को एकीकृत किया: विद्युत.

अल्बर्ट आइंस्टीन न्यूटन की अंतर्दृष्टि को एक कदम आगे ले जाकर भी अपनी पहचान बनाई। एक अधिकतम के रूप में लेते हुए कि सभी भौतिक कानूनों को आपकी स्थिति या वेग की परवाह किए बिना समान होना चाहिए, उन्होंने खुलासा किया विशेष सापेक्षता; समय और स्थान की धारणाओं को प्रकृति की इस समरूपता को संरक्षित करने के लिए फिर से लिखना पड़ा। और उस मिश्रण में गुरुत्वाकर्षण जोड़ने से वह आगे बढ़ गया सामान्य सापेक्षता, उस बल की हमारी आधुनिक समझ।

यहां तक ​​कि हमारे संरक्षण कानून - ऊर्जा का संरक्षण, गति और इतने पर संरक्षण - समरूपता पर निर्भर करते हैं। तथ्य यह है कि आप एक दिन के बाद प्रयोग कर सकते हैं और एक ही परिणाम प्राप्त कर सकते हैं समय के माध्यम से एक समरूपता का पता चलता है, जो गणितीय प्रतिभा के माध्यम से एमी नोथेर ऊर्जा की बातचीत के कानून की ओर जाता है। और यदि आप अपने प्रयोग को उठाते हैं और इसे कमरे में स्थानांतरित करते हैं और फिर भी समान परिणाम प्राप्त करते हैं, तो आपने अंतरिक्ष के माध्यम से एक समरूपता और गति के संबंधित संरक्षण को उजागर किया।

एक कताई दर्पण

स्थूल दुनिया में, कि हम प्रकृति में सामना किया है कि सभी समरूपता के बारे में बात करता है। लेकिन उप-परमाणु दुनिया एक अलग कहानी है। के मूलभूत कण हमारा ब्रह्मांड एक दिलचस्प संपत्ति है जिसे "स्पिन" के रूप में जाना जाता है। यह पहली बार उन प्रयोगों में खोजा गया था जो एक विविध चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से परमाणुओं को गोली मारते थे, जिससे उनके रास्ते ठीक उसी तरह से विक्षेपित हो जाते थे जैसे कि एक कताई, विद्युत चार्ज धातु की गेंद।

लेकिन उप-परमाणु कण कताई नहीं कर रहे हैं, विद्युत रूप से चार्ज धातु गेंदों; वे सिर्फ कुछ प्रयोगों में उनकी तरह काम करते हैं। और उनके नियमित-विश्व एनालॉग्स के विपरीत, उप-परमाणु कणों में रोटेशन की कोई भी मात्रा नहीं हो सकती है जो वे चाहते हैं। इसके बजाय, प्रत्येक प्रकार के कण को ​​स्पिन की अपनी अनूठी मात्रा मिलती है।

विभिन्न अस्पष्ट गणितीय कारणों के लिए, इलेक्ट्रॉन जैसे कुछ कणों को while का एक स्पिन प्राप्त होता है, जबकि फोटॉन जैसे अन्य कणों को 1. का एक स्पिन मिलता है। यदि आप सोच रहे हैं कि एक फोटॉन संभवतः कताई चार्ज धातु की गेंद की तरह कैसे व्यवहार कर सकता है, तो इसे बहुत पसीना मत करो; आप केवल "स्पिन" के बारे में सोचने के लिए स्वतंत्र हैं क्योंकि उप-परमाणु कणों की एक और संपत्ति जिसे हमें उनके द्रव्यमान और आवेश की तरह ट्रैक करना है। और कुछ कणों में यह गुण अधिक होता है, और कुछ में कम होता है।

सामान्य तौर पर, कणों के दो महान "परिवार" होते हैं: आधे-पूर्णांक (1/2, 3/2, 5/2, आदि) वाले स्पिन, और पूरे-पूर्णांक (0, 1, 2, आदि) वाले। ।) स्पिन। अर्धियों को "फ़र्मियन" कहा जाता है और यह हमारी दुनिया के निर्माण खंडों से बना होता है: इलेक्ट्रॉन, क्वार्क, न्यूट्रिनो और इसी तरह। व्होलियों को "बोसॉन" कहा जाता है और प्रकृति की शक्तियों के वाहक होते हैं: फोटॉन, ग्लून्स और बाकी।

पहली नज़र में, कणों के ये दो परिवार संभवतः अलग नहीं हो सकते हैं।

स्पार्टिकल्स की सिम्फनी

1970 के दशक में, स्ट्रिंग सिद्धांतकार स्पिन की इस संपत्ति को गंभीर रूप से देखना शुरू कर दिया और आश्चर्य करना शुरू कर दिया कि क्या वहां प्रकृति की समरूपता हो सकती है। विचार तेजी से स्ट्रिंग समुदाय के बाहर फैल गया और कण भौतिकी में अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र बन गया। यदि सही है, तो यह "सुपरस्मेट्री" कणों के इन दो समान रूप से असमान परिवारों को एकजुट करेगा। लेकिन यह सुपरसमेट्री कैसा दिखेगा?

बुनियादी सार यह है कि, सुपरसिमेट्री में, प्रत्येक फ़र्मेशन में शॉर्ट के लिए "सुपरपार्टनर पार्टिकल" (या "स्पार्टिकल" होगा और नाम केवल खराब होने वाले हैं), बोसॉन दुनिया में, और इसके विपरीत, ठीक उसी द्रव्यमान के साथ। और चार्ज लेकिन एक अलग स्पिन।

लेकिन अगर हम संयमी की तलाश में जाते हैं, तो हमें कोई नहीं मिलता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन के स्पार्टिकल ("चयनकर्ता") में इलेक्ट्रॉन के समान द्रव्यमान और आवेश होना चाहिए, लेकिन 1 का एक स्पिन।

वह कण मौजूद नहीं है।

तो, किसी भी तरह, इस समरूपता को हमारे ब्रह्मांड में तोड़ दिया जाना चाहिए, जो स्पार्टकल्स के द्रव्यमान को हमारे अन्य अंतरिक्ष यात्रियों की सीमा के बाहर चला रहा है। सुपरसिमेट्री को प्राप्त करने के कई अलग-अलग तरीके हैं, सभी चयनकर्ताओं के लिए अलग-अलग द्रव्यमानों की भविष्यवाणी करते हैं, स्टॉप क्वार्क, स्नेयुट्रिनो और बाकी सभी।

आज तक, सुपरसिमेट्री के लिए कोई सबूत नहीं मिला है, और प्रयोगों में लार्ज हैड्रान कोलाइडर सबसे सरल सुपर मॉडल मॉडल पर शासन किया है। हालांकि यह ताबूत में आखिरी कील नहीं है, सिद्धांतकार अपने सिर को खरोंच कर रहे हैं, अगर सुपरसिमेट्री वास्तव में प्रकृति में नहीं मिला है, और हम कुछ भी नहीं पा सकते हैं तो हमें आगे के बारे में क्या सोचना चाहिए।

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एपिसोड को सुनकर और जानें "क्या स्ट्रिंग सिद्धांत इसके लायक है? (भाग 4: हमें जो चाहिए वह एक सुपरहीरो है)" ऑन ए स्पेसमैन पॉडकास्ट, उपलब्ध पर ई धुन, और वेब पर http://www.askaspaceman.com। जॉन सी।, ज़ाचरी एच।, @Edit_room, मैथ्यू वाई।, क्रिस्टोफर एल।, क्रिज़न डब्ल्यू।, सयान पी।, नेहा एस।, ज़ाचरी एच।, जॉयस एस।, मौरिसियो एम। @Shrenicshah, पैनोस टी। ।, ध्रुव आर।, मारिया ए।, टेर बी।, ओस्वोन्नी, इवान टी।, डान एम।, जॉन टी।, @ वब्लंचर्ड, औरी, क्रिस्टोफर एम।, @Unplugged_wire, Giacomg S., गली एफ। सवालों के लिए जो इस टुकड़े का नेतृत्व किया! #AskASpaceman का उपयोग करके, या पॉल का अनुसरण करके ट्विटर पर अपना प्रश्न पूछें @PaulMattSutter तथा facebook.com/PaulMattSutter। हमसे ट्विटर पर सूचित रहें @Spacedotcom या फेसबुक.