Teori yang mengatur fisika partikel menjelaskan segala sesuatu tentang dunia subatomik ... kecuali bagian-bagian yang tidak. Dan sayangnya, tidak ada banyak kata sifat menyanjung yang dapat diterapkan pada apa yang disebut Model Standar. Dibangun sedikit demi sedikit selama berpuluh-puluh tahun, teori fisika fundamental ini paling baik digambarkan sebagai canggung, gado-gado dan MacGyver-ed bersama dengan potongan-potongan tali dan permen karet.
Namun, ini adalah model yang sangat kuat yang secara akurat memprediksi berbagai interaksi dan proses yang luar biasa.
Tetapi ia memang memiliki beberapa kelemahan mencolok: Itu tidak memasukkan gravitasi; ia tidak dapat menjelaskan massa berbagai partikel, beberapa di antaranya memberikan kekuatan; tidak memiliki penjelasan untuk perilaku neutrino tertentu; dan langsung tidak memiliki jawaban untuk keberadaan materi gelap.
Jadi, kita harus memikirkan sesuatu. Kita perlu melampaui Model Standar untuk lebih memahami alam semesta kita.
Sayangnya, banyak pesaing terkemuka untuk menjelaskan hal luar biasa ini - yang disebut teori supersimetri - telah dikesampingkan atau sangat terbatas dalam beberapa tahun terakhir. Namun, masih ada konsep Hail Mary yang dapat menjelaskan bagian misterius dari alam semesta yang tidak tercakup oleh Model Standar: Partikel supersimetri berumur panjang, kadang-kadang disebut spartikel. Namun menyedihkan, pencarian baru-baru ini untuk partikel-partikel aneh ini kembali dengan tangan kosong.
Simetri yang tidak terlalu super
Sejauh ini serangkaian teori paling trendi yang mendorong melewati batas-batas Model Standar saat ini dikelompokkan bersama menjadi kelas ide yang dikenal sebagai supersimetri. Dalam model-model ini, dua kubu utama partikel di alam ("boson," seperti foton yang sudah dikenal; dan "fermion" - seperti elektron, quark, dan neutrino) sebenarnya memiliki hubungan saudara yang aneh. Setiap boson memiliki pasangan di dunia fermion, dan, juga, setiap fermion memiliki teman boson untuk memanggilnya sendiri.
Tak satu pun dari mitra ini (atau lebih tepatnya dalam jargon fisika partikel yang membingungkan - "superpartners") adalah di antara keluarga normal partikel yang dikenal. Sebaliknya, mereka biasanya jauh, jauh lebih berat, asing dan umumnya tampak lebih aneh.
Perbedaan massa antara partikel yang diketahui dan superpartner mereka adalah hasil dari sesuatu yang disebut pemecahan simetri. Ini berarti bahwa pada energi tinggi (seperti bagian dalam akselerator partikel), hubungan matematis antara partikel dan pasangannya seimbang, sehingga menghasilkan massa yang sama. Pada energi rendah (seperti tingkat energi yang Anda alami dalam kehidupan normal sehari-hari), namun, kesimetrian ini rusak, membuat massa partikel mitra meroket. Mekanisme ini penting, karena kebetulan juga berpotensi menjelaskan mengapa, misalnya, gravitasi jauh lebih lemah daripada gaya lainnya. Matematika itu hanya sedikit rumit, tetapi versi singkatnya adalah ini: Sesuatu pecah di alam semesta, menyebabkan partikel-partikel normal menjadi kurang masif secara drastis daripada superpartner mereka. Tindakan melanggar yang sama mungkin telah menghukum gravitasi, mengurangi kekuatannya relatif terhadap kekuatan lain. Bagus.
Hidup panjang dan sejahtera
Untuk berburu supersimetri, sekelompok fisikawan menyumbang dan membangun pemukul atom yang disebut Large Hadron Collider, yang setelah bertahun-tahun pencarian yang sulit sampai pada kesimpulan mengejutkan namun mengecewakan bahwa hampir semua model supersimetri salah.
Aduh.
Sederhananya, kami tidak dapat menemukan partikel mitra. Nol. Zilch. Nada. Tidak ada tanda-tanda supersimetri yang muncul di collider paling kuat di dunia, di mana partikel-partikel dililit di sekitar alat melingkar dengan kecepatan mendekati cahaya sebelum bertabrakan satu sama lain, yang kadang-kadang menghasilkan produksi partikel baru yang eksotis. Itu tidak selalu berarti bahwa supersimetri itu salah, per se, tetapi semua model paling sederhana sekarang telah dikesampingkan. Apakah ini saatnya meninggalkan supersimetri? Mungkin, tapi mungkin ada Salam Maria: partikel berumur panjang.
Biasanya, di tanah fisika partikel, semakin besar Anda, semakin tidak stabil Anda dan semakin cepat Anda membusuk menjadi partikel yang lebih sederhana dan lebih ringan. Seperti itulah adanya. Karena partikel-partikel mitra semuanya diperkirakan berat (jika tidak, kita akan melihatnya sekarang), kita berharap partikel-partikel itu akan membusuk dengan cepat menjadi hujan hal-hal lain yang mungkin kita kenali, dan kemudian kita akan membangun detektor kita dengan tepat.
Tetapi bagaimana jika partikel mitra berumur panjang? Bagaimana jika, melalui beberapa kekhasan fisika eksotis (beri teori beberapa jam untuk memikirkannya, dan mereka akan menghasilkan lebih dari cukup kebiasaan untuk mewujudkannya), partikel-partikel ini berhasil lolos dari batasan detektor kami sebelum dengan patuh membusuk. menjadi sesuatu yang kurang aneh? Dalam skenario ini, pencarian kami akan muncul benar-benar kosong, hanya karena kami tidak melihat cukup jauh. Selain itu, detektor kami tidak dirancang untuk dapat melihat langsung partikel yang berumur panjang ini.
ATLAS untuk menyelamatkan
Dalam sebuah makalah yang baru-baru ini diterbitkan secara online 8 Februari di server preprint arXiv, anggota ATLAS (singkatan yang agak canggung untuk A Toroidal LHC ApparatuS) kolaborasi di Large Hadron Collider melaporkan penyelidikan terhadap partikel yang berumur panjang. Dengan pengaturan eksperimental saat ini, mereka tidak dapat mencari setiap partikel yang mungkin berumur panjang, tetapi mereka dapat mencari partikel netral dengan massa antara 5 dan 400 kali lipat dari proton.
Tim ATLAS mencari partikel berumur panjang yang tidak berada di tengah detektor, tetapi pada ujungnya, yang memungkinkan partikel untuk bergerak di mana saja dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Itu mungkin kelihatannya tidak terlalu jauh dalam hal standar manusia, tetapi untuk partikel-partikel besar dan fundamental, itu mungkin juga merupakan ujung dari alam semesta yang diketahui.
Tentu saja, ini bukan pencarian pertama untuk partikel berumur panjang, tetapi ini adalah yang paling komprehensif, menggunakan hampir berat penuh catatan eksperimental di Large Hadron Collider.
Dan hasil besar: Tidak ada. Nol. Zilch. Nada.
Tidak ada satu tanda pun dari partikel berumur panjang.
Apakah ini berarti ide itu sudah mati juga? Tidak cukup - instrumen ini tidak benar-benar dirancang untuk berburu binatang buas semacam ini, dan kami hanya mengejar apa yang kami miliki. Mungkin diperlukan generasi percobaan lain yang dirancang khusus untuk menjebak partikel berumur panjang sebelum kita benar-benar menangkapnya.
Atau, yang lebih menyedihkan, mereka tidak ada. Dan itu berarti bahwa makhluk-makhluk ini - bersama dengan mitra supersimetri mereka - benar-benar hanya hantu yang diimpikan oleh fisikawan yang demam, dan apa yang sebenarnya kita butuhkan adalah kerangka kerja yang sama sekali baru untuk menyelesaikan beberapa masalah fisika modern yang luar biasa.
