International Physics Masterclasses

Ny fysikk

Ved å kollidere protoner ved høyere energier og høyere kollisjonsrater fortsetter LHC den spennende reisen mot ny fysikk, og åpner et lovende nytt territorium for fysikere over hele verden.

Som representant for søk etter nye fysikkfenomener ved LHC har vi introdusert Z'-bosonet. Denne partikkelen er en tyngre versjon av Z-bosonet og forutsies av enkelte teorier som går utover standardmodellen (SM) og introduserer en ny svak vekselvirkning.

La oss fokusere på to av de største mysteriene innen fysikken idag: den mørke materiens natur og gravitasjonskraftens oppførsel på mikroskopisk nivå.

Astronomiske observasjoner basert på gravitasjonseffekter forteller oss at 85% av materien i universet er mørk, og at vanlig materie (atomer som er bygget opp av elektroner og opp- og ned-kvarker) bare bidrar med 5% av universets innhold. Populære kandidater for mørk materie er såkalte "weakly interacting massive particles" (svakt vekselvirkende massive partikler, forkortes WIMPs). WIMP-kandidater forventes i supersymmetri, som er den mest populære utvidelsen av standardmodellen.

Man antar at gravitasjon, i likhet med de andre fundamentale kreftene, kan beskrives som utveksling av en kraftpartikkel - i dette tilfellet det hypotetiske gravitonet. Selv om ingen tilfredsstillende beskrivelse av gravitasjon på mikronivå (i det kvantemekaniske regimet) eksisterer, kan superstrengteorier elegant flette gravitasjon inn i det teoretiske rammeverket. Ideen om partikler byttes ut med objekter med utstrekning - strenger - som bor i et 10- eller 11-dimensjonalt tidrom, slik at man altså trenger 6 eller 7 ekstra romlige dimensjoner.

Finnes det flere enn de velkjente 3 romlige dimensjonene, slik at gravitasjonsfenomener som mikroskopiske svarte hull og gravitoner kan oppdages i LHC-æraen?

Dersom de er tilgjengelige, vil disse fenomenene kunne observeres og studeres av ATLAS- og CMS-eksperimentene ved LHC.