ในวิชาฟิสิกส์การแยกตัวคืออะไร

ในบริบทของฟิสิกส์การแยกเป็นวิธีการที่เสนอซึ่งอนุภาคและแรงบางอย่างสามารถ จำกัด อยู่ในมิติพิเศษการป้องกันหรือลดการมีปฏิสัมพันธ์ของพวกเขากับอนุภาคและแรงที่ประกอบด้วยแบบจำลองมาตรฐาน ความคิดที่มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับทฤษฎีสตริง, M- ทฤษฎีและ supersymmetry (SUSY) ได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ทฤษฎี Lisa Randall และ Raman Sundrum การแยกออกจากกันอาจแก้ปัญหาที่สำคัญบางอย่างในฟิสิกส์ของอนุภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเสนอวิธีการแก้ปัญหาสิ่งที่เรียกว่า "ปัญหาลำดับชั้น" ผ่านการทำลายของ supersymmetry ในขณะที่หลีกเลี่ยงปัญหาอื่นที่เรียกว่า "การละเมิดรสชาติ"

นักฟิสิกส์ได้ค้นหาทฤษฎีการรวมพลัง (Grand Unified Theory: GUT) ที่รวบรวมพลังธรรมชาติทั้งสี่ - พลังแม่เหล็กไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอและแรงโน้มถ่วง - รวมทั้งอธิบายคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานทั้งหมด ปัญหาใหญ่ที่ทฤษฎีใด ๆ นั้นต้องกล่าวถึงคือความไม่ลงรอยกันที่เห็นได้ชัดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับทฤษฎีควอนตัมและโมเดลมาตรฐาน ทฤษฎีสตริงซึ่งหน่วยพื้นฐานของสสารเช่นอิเล็กตรอนและควาร์กได้รับการยกย่องว่าเป็นหน่วยงานที่มีขนาดเล็กมากในรูปแบบสตริงหนึ่งมิติมีความพยายามอย่างหนึ่งในทฤษฎีดังกล่าว สิ่งนี้ได้รับการพัฒนาเป็นทฤษฎี M ซึ่งสามารถขยายสายอักขระเป็น“ branes” สองมิติและสามมิติที่ลอยอยู่ในพื้นที่มิติที่สูงขึ้นเรียกว่า“ กลุ่ม”

นอกเหนือจากปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการนำแรงโน้มถ่วงมาสู่รูปภาพแล้วยังมีปัญหากับตัวแบบมาตรฐานซึ่งรู้จักกันในชื่อปัญหาลำดับชั้น ปัญหาลำดับชั้นจึงมุ่งเน้นที่ว่าทำไมแรงดึงดูดของโลกจึงอ่อนแอกว่าพลังธรรมชาติอย่างอื่นอย่างมาก แต่มันก็เกี่ยวข้องกับค่าที่ทำนายไว้สำหรับมวลของอนุภาคที่มีกำลังแรงตามสมมุติซึ่งแตกต่างกันอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคสมมุติฐานหนึ่งอนุภาคฮิกส์คาดว่าจะค่อนข้างเบาในขณะที่ดูเหมือนว่าการมีส่วนร่วมของควอนตัมจากอนุภาคเสมือนจะต้องทำให้มันมีขนาดใหญ่มากขึ้นอย่างน้อยก็ไม่มีการปรับจูนอย่างพิเศษ เรื่องนี้ถือว่าไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งโดยนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ดังนั้นหลักการพื้นฐานบางอย่างจึงพยายามอธิบายความไม่เสมอภาค

ทฤษฎีสมการสมมาตร (SUSY) ให้คำอธิบายที่เป็นไปได้หนึ่งข้อ สิ่งนี้กล่าวว่าสำหรับทุก fermion - หรืออนุภาคที่สร้างสสาร - มี boson - หรืออนุภาคที่มีแรงกระทำ - และในทางกลับกันเพื่อให้ทุกอนุภาคใน Standard Model มีคู่ที่มีความสมมาตรสูงหรือ "superpartner" เนื่องจาก superpartners เหล่านี้มี ไม่ได้รับการสังเกตก็หมายความว่าสมมาตรนั้นพังทลายและ supersymmetry มีอยู่ที่พลังงานที่สูงมากเท่านั้น ตามทฤษฎีนี้ปัญหาลำดับชั้นได้รับการแก้ไขโดยความจริงที่ว่าการมีส่วนร่วมจำนวนมากของอนุภาคเสมือนจริงและซุปเปอร์พาร์ทเนอร์ของพวกเขายกเลิกไป อย่างไรก็ตามมีปัญหาเกี่ยวกับความสมมาตร

อนุภาคที่ขึ้นรูปพื้นฐานเช่นควาร์กมีสามชั่วอายุคนหรือ“ รสชาติ” ที่มีมวลแตกต่างกัน เมื่อ supersymmetry แตกหักดูเหมือนว่าโฮสต์ทั้งหมดของการโต้ตอบสามารถเกิดขึ้นได้ซึ่งบางอย่างจะเปลี่ยนรสชาติของอนุภาคเหล่านี้ เนื่องจากปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ไม่ได้ถูกทดลองทดลองทฤษฎีใด ๆ ของการแตกหักเกินพิกัดจึงต้องมีกลไกที่ป้องกันสิ่งที่เรียกว่าการละเมิดรสชาติ

นี่คือที่มาของการแยกตัวกลับเข้ามาในแนวคิดของ branes สามมิติที่ลอยอยู่ในกลุ่มมิติที่สูงกว่ามันเป็นไปได้ที่จะแยกตัว supersymmetry ที่แตกเป็น brane แยกจากที่ซึ่งอนุภาคและแรงของแบบจำลองมาตรฐานอยู่ เอฟเฟกต์การแตกหักแบบเกินพิกัดสามารถสื่อสารกับ brane โมเดลมาตรฐานได้โดยอนุภาคที่มีแรงกระทำซึ่งสามารถเคลื่อนที่ภายในกลุ่มได้ แต่อย่างอื่นอนุภาคแบบจำลองมาตรฐานจะทำงานในลักษณะเดียวกับที่ไม่ต่อเนื่องกัน อนุภาคจำนวนมากที่สามารถโต้ตอบกับทั้ง brane-breaking brane และ Standard Model brane จะเป็นตัวกำหนดสิ่งที่การโต้ตอบสามารถเกิดขึ้นได้และอาจแยกการโต้ตอบที่เปลี่ยนแปลงรสชาติที่เราไม่ได้สังเกต ทฤษฎีนี้ทำงานได้ดีถ้า Graviton - อนุภาคที่มีแรงโน้มถ่วงตามสมมุติฐานมีบทบาทนี้

ซึ่งแตกต่างจากความคิดอื่น ๆ อีกมากมายที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสตริงและทฤษฎี M- ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะทดสอบ supersymmetry อายัด มันทำการคาดการณ์มวลของซุปเปอร์พาร์ทเนอร์โบซอนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีแรงกระทำซึ่งอยู่ในช่วงพลังงานที่ทำได้โดย Large Hadron Collider (LHC) หากอนุภาคเหล่านี้ถูกตรวจพบโดย LHC มวลของพวกมันสามารถจับคู่กับสิ่งที่ทำนายไว้ อย่างไรก็ตามในปี 2011 การทดลองที่ LHC ล้มเหลวในการตรวจจับซุปเปอร์พาร์ทเนอร์เหล่านี้ในพลังงานที่พวกเขาคาดว่าจะปรากฏผลลัพธ์ที่ดูเหมือนจะแยกแยะรุ่นที่ง่ายที่สุดของ SUSY แม้ว่าจะไม่ใช่รุ่นที่ซับซ้อนกว่าก็ตาม แม้ว่า SUSY จะได้รับการพิสูจน์ผิดความคิดในการแยกตัวอาจยังคงมีการใช้งานที่มีประโยชน์เกี่ยวกับปัญหาอื่น ๆ และความลึกลับในวิชาฟิสิกส์