Supersymmetrie Eine mögliche gespenstische Verbindung zwischen Teilchen

Jeder, der Grundlagenwissenschaften studiert hat, kennt das Atom: den Grundbaustein der Materie, wie wir ihn kennen. Wir alle, zusammen mit unserem Planeten, dem Sonnensystem, den Sternen und den Galaxien, bestehen aus Atomen. Die Atome selbst bestehen jedoch aus viel kleineren Einheiten, die als "subatomare Teilchen" bezeichnet werden - Elektronen, Protonen und Neutronen. Die Untersuchung dieser und anderer subatomarer Teilchen wird als "Teilchenphysik" bezeichnet, dh die Untersuchung der Art und Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen, aus denen Materie und Strahlung bestehen.

Eines der neuesten Themen der Teilchenphysikforschung ist die "Supersymmetrie", die wie die Stringtheorie Modelle eindimensionaler Strings anstelle von Teilchen verwendet, um bestimmte Phänomene zu erklären, die noch nicht gut verstanden werden. Die Theorie besagt, dass zu Beginn des Universums, als die rudimentären Teilchen gebildet wurden, eine gleiche Anzahl von sogenannten "Superpartikeln" oder "Superpartnern" gleichzeitig erzeugt wurden. Obwohl diese Idee noch nicht bewiesen ist, suchen Physiker mit Instrumenten wie dem Large Hadron Collider nach diesen Superpartikeln. Wenn sie existieren, würde sich die Anzahl der bekannten Teilchen im Kosmos mindestens verdoppeln. Um die Supersymmetrie zu verstehen, beginnen Sie am besten mit einem Blick auf die Partikel, die sind im Universum bekannt und verstanden.

Unterteilen der subatomaren Teilchen

Subatomare Teilchen sind nicht die kleinsten Einheiten der Materie. Sie bestehen aus noch feineren Abschnitten, den so genannten Elementarteilchen, die von den Physikern selbst als Anregungen von Quantenfeldern angesehen werden. In der Physik sind Felder Bereiche, in denen jeder Bereich oder Punkt durch eine Kraft wie Schwerkraft oder Elektromagnetismus beeinflusst wird. "Quantum" bezieht sich auf die kleinste Menge einer physischen Entität, die an Interaktionen mit anderen Entitäten beteiligt ist oder von Kräften beeinflusst wird. Die Energie eines Elektrons in einem Atom wird quantisiert. Ein Lichtteilchen, Photon genannt, ist ein einzelnes Lichtquantum. Das Gebiet der Quantenmechanik oder Quantenphysik ist das Studium dieser Einheiten und wie physikalische Gesetze sie beeinflussen. Oder betrachten Sie es als das Studium sehr kleiner Felder und diskreter Einheiten und wie diese durch physikalische Kräfte beeinflusst werden.

Teilchen und Theorien

Alle bekannten Teilchen, einschließlich der subatomaren Teilchen, und ihre Wechselwirkungen werden durch eine Theorie beschrieben, die als Standardmodell bezeichnet wird. Es hat 61 Elementarteilchen, die sich zu Kompositpartikeln verbinden können. Es ist noch keine vollständige Beschreibung der Natur, aber es gibt den Teilchenphysikern ausreichend Gelegenheit, einige grundlegende Regeln für die Zusammensetzung der Materie zu verstehen, insbesondere im frühen Universum.

Das Standardmodell beschreibt drei von vier fundamentalen Kräften im Universum: die elektromagnetische Kraft (der sich mit Wechselwirkungen zwischen elektrisch geladenen Teilchen befasst), die schwache Kraft (die sich mit der Wechselwirkung zwischen subatomaren Partikeln befasst, die zum radioaktiven Zerfall führt) und die starke Kraft (der Partikel auf kurze Distanz zusammenhält). Es erklärt nicht die Schwerkraft. Wie oben erwähnt, werden auch die bisher bekannten 61 Partikel beschrieben. 

Teilchen, Kräfte und Supersymmetrie

Die Untersuchung der kleinsten Teilchen und der Kräfte, die sie beeinflussen und steuern, hat die Physiker zur Idee der Supersymmetrie geführt. Es behauptet, dass alle Teilchen im Universum in zwei Gruppen unterteilt sind: Bosonen (die in Eichbosonen und ein Skalarboson unterteilt sind) und Fermionen (die als Quarks und Antiquarks, Leptonen und Anti-Leptonen und ihre verschiedenen "Generationen" klassifiziert werden.) Die Hadronen sind Komposite aus mehreren Quarks. Die Theorie der Supersymmetrie setzt voraus, dass es einen Zusammenhang zwischen all diesen Partikeltypen und Subtypen gibt Zum Beispiel besagt die Supersymmetrie, dass für jedes Boson eine Fermion existieren muss, oder dass es für jedes Elektron einen Superpartner namens "Selectron" gibt und umgekehrt. Diese Superpartner sind in irgendeiner Weise miteinander verbunden.

Supersymmetrie ist eine elegante Theorie, und wenn sie sich als wahr herausstellt, kann sie den Physikern dabei helfen, die Bausteine ​​der Materie im Standardmodell vollständig zu erklären und die Schwerkraft in die Falte zu bringen. In Experimenten mit dem Large Hadron Collider konnten Superpartnerpartikel bisher jedoch nicht nachgewiesen werden. Das heißt nicht, dass sie nicht existieren, aber dass sie noch nicht entdeckt wurden. Es kann auch Teilchenphysikern helfen, die Masse eines sehr grundlegenden subatomaren Teilchens zu bestimmen: des Higgs-Bosons (eine Manifestation von etwas, das als Higgs-Feld bezeichnet wird). Dies ist das Teilchen, das der gesamten Materie ihre Masse verleiht. Es ist daher wichtig, es genau zu verstehen.

Warum ist Supersymmetrie wichtig??

Das Konzept der Supersymmetrie ist zwar äußerst komplex, bietet jedoch die Möglichkeit, tiefer in die grundlegenden Teilchen des Universums einzutauchen. Obwohl Teilchenphysiker glauben, die grundlegenden Einheiten der Materie in der subatomaren Welt gefunden zu haben, sind sie noch weit davon entfernt, sie vollständig zu verstehen. Die Erforschung der Natur subatomarer Teilchen und ihrer möglichen Superpartner wird also fortgesetzt.

Supersymmetrie kann Physikern auch helfen, die Natur der Dunklen Materie zu erforschen. Es ist eine (bisher) unsichtbare Form von Materie, die indirekt durch ihre Gravitationswirkung auf reguläre Materie erfasst werden kann. Es könnte sich herausstellen, dass dieselben Teilchen, nach denen in der Supersymmetrieforschung gesucht wird, einen Hinweis auf die Natur der dunklen Materie enthalten könnten.