סופר-סימטריה: חיבור רפואי אפשרי בין חלקיקים

כל מי שלמד מדע בסיסי יודע על האטום: אבן הבניין הבסיסית של החומר כפי שאנו מכירים אותו. כולנו, יחד עם כוכב הלכת שלנו, מערכת השמש, הכוכבים והגלקסיות, עשויים אטומים. עם זאת, האטומים עצמם בנויים מיחידות קטנות בהרבה הנקראות "חלקיקים תת-אטומיים" - אלקטרונים, פרוטונים וניוטונים. המחקר של חלקיקים תת-אטומיים אלה ואחרים נקרא "פיזיקת החלקיקים" המחקר על אופי האינטראקציות והאינטראקציות בין חלקיקים אלה המרכיבים חומר וקרינה.

אחד הנושאים האחרונים במחקר פיזיקת החלקיקים הוא "סופר-סימטריה", שכמו מחרוזת תיאוריה, משתמש במודלים של מיתרים חד-מימדיים במקום חלקיקים כדי להסביר תופעות מסוימות שעדיין אינן מובנות היטב. התיאוריה אומרת שבתחילת היקום כאשר נוצרו החלקיקים הגזים, נוצר במקביל מספר שווה של מה שנקרא "חלקיקי העל" או "חלקיקי העל". למרות שרעיון זה טרם הוכח, פיזיקאים משתמשים בו מכשירים כמו ה- Big Hadron Collider לחפש אחר חלקיקי העל האלה. אם הם קיימים, זה לפחות יכפיל את מספר החלקיקים הידועים בקוסמוס. כדי להבין סופר-סימטריה, עדיף להתחיל עם מבט על החלקיקים ש הם ידוע ומובן ביקום.

חלקיקים תת-אטומיים אינם היחידות הקטנות ביותר של החומר. הם מורכבים מחטיבות דקיקות יותר הנקראות חלקיקים יסודיים, שבעצמם נחשבים על ידי הפיזיקאים כריגושים של שדות קוונטיים. בפיזיקה שדות הם אזורים שבהם כל אזור או נקודה מושפעים מכוח, כמו כוח משיכה או אלקטרומגנטיות. "קוונטום" מתייחס לכמות הקטנה ביותר של כל ישות פיזית המעורבת באינטראקציות עם ישויות אחרות או המושפעת מכוחות. האנרגיה של אלקטרון באטום מכמתת. חלקיק אור, הנקרא פוטון, הוא קוונטום אור יחיד. התחום של

כל החלקיקים הידועים, כולל החלקיקים התת אטומיים, והאינטראקציה שלהם מתוארים על ידי תיאוריה שנקראת המודל הסטנדרטי. יש לו 61 חלקיקים אלמנטריים שיכולים להשתלב ליצירת חלקיקים מורכבים. זה עדיין לא תיאור מלא של הטבע, אבל זה נותן מספיק לפיזיקאים של החלקיקים לנסות ולהבין כמה כללים בסיסיים בנוגע לאופן מורכב החומר, במיוחד בראשית הדרך יקום.

המודל הסטנדרטי מתאר שלושה מתוך ארבעה כוחות יסוד ביקום: הכוח האלקטרומגנטי (העוסק באינטראקציות בין חלקיקים טעונים חשמליים), הכוח החלש (העוסק באינטראקציה בין חלקיקים תת-אטומיים הגורמת לדעיכה רדיואקטיבית), ו- הכוח החזק (שמחזיק חלקיקים יחד במרחקים קצרים). זה לא מסביר כוח הכבידה. כאמור, הוא מתאר גם את 61 החלקיקים הידועים עד כה.

המחקר של החלקיקים הקטנים ביותר והכוחות שמשפיעים עליהם וממשל אותם הוביל את הפיזיקאים לרעיון הסופר-סימטריה. היא גורסת כי כל החלקיקים ביקום מחולקים לשתי קבוצות: בוזונים (המוגדרים בתת-בסיס לבוזוני מד ובוסון סקלרי אחד) ו- fermions (שמתקבלות תת-סיווג כקווארקים ועתיקות, לפטונים ואנטי-לפטונים, ודורותיהם השונים). הדרונים הם מרוכבים של קווארקים מרובים. התיאוריה של העל-סימטריה מעלה שיש קשר בין כל סוגי החלקיקים והתת-סוגים הללו. כך, למשל, סופר-סימטריה אומרת שצריך להתקיים פרמיון עבור כל בוזון, או, עבור כל אלקטרון, הוא מציע שיש חלק-על המכונה "סלקטרון" ולהפך. משתתפי-על אלה קשורים זה לזה בדרך כלשהי.

שופר-סימטריה היא תיאוריה אלגנטית, ואם הוכח שהיא נכונה, היא הייתה עושה דרך ארוכה לעזרה הפיזיקאים מסבירים במלואם את אבני הבניין של החומר בתוך המודל הסטנדרטי ומכניסים את כוח הכובד אל תוך לקפל. אולם עד כה לא זוהו חלקיקי-חלקיקים העל-חלקיים בניסויים המשתמשים ב- קדריידר גדול. זה לא אומר שהם לא קיימים, אלא שהם עדיין לא התגלו. זה יכול גם לעזור לפיזיקאים של חלקיקים להצמיד את המסה של חלקיק תת-אטומי בסיסי מאוד: בוזון היגס (שהוא ביטוי של משהו שנקרא שדה היגס). זהו החלקיק שנותן לכל החומר את המסה שלו, ולכן הוא חשוב להבין היטב.

מושג העל-סימטריה, אף שהוא מורכב ביותר, הוא, בליבו, דרך להעמיק בחלקיקים הבסיסיים המרכיבים את היקום. בעוד שפיזיקאים של חלקיקים חושבים שמצאו את היחידות הבסיסיות ביותר של החומר בעולם התת אטומי, הם עדיין רחוקים מלהבין אותם לחלוטין. לכן, מחקר על טיב החלקיקים התת-אטומיים וחלקם העל-אפשרי שלהם יוכלו להמשיך.

סופר-סימטריה עשויה גם לסייע לפיזיקאים להיכנס לאפס טבעו של החומר האפל. זוהי צורה (עד כה) של חומר בלתי נראה שניתן לגלות בעקיפין על ידי השפעתו הכבידה על חומר רגיל. זה יכול היה להבין שאותם חלקיקים אותם מחפשים במחקר העל-סימטריה יכולים להחזיק רמז לאופי החומר האפל.