International Physics Masterclasses

Nowa fizyka

Zderzając protony o wyższych energiach przy większych częstościach zderzeń LHC kontynuuje ekscytującą podróż ku nowej fizyce, umożliwiając naukowcom na całym świecie badanie nieodkrytego, bardzo obiecującego terytorium.

W ramach poszukiwania zjawisk nowej fizyki w LHC wprowadziliśmy bozon Z'. Ta cząstka jest ciężkim partnerem bozonu Z, a jej istnienie przewidują niektóre teorie poza Modelem Standardowym (SM), które wymagają wprowadzenia nowej słabej siły.

Skoncentrujmy się na dwóch największych zagadkach dzisiejszej fizyki: naturze ciemnej materii (DM - Dark Matter) i działaniu grawitacji w mikroskopowej skali kwantowej.

Astronomiczne obserwacje efektów grawitacyjnych mówią nam, że 95% materii we Wszechświecie to ciemna materia, a zwykła materia (atomy zbudowane z elektronów i kwarków u i d) to zaledwie 5% materii zawartej we Wszechświecie. Popularnymi kandydatami na cząstki ciemnej materii są tzw. słabo oddziałujące masywne cząstki, w skrócie WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Istnienie takich cząstek przewiduje supersymetria, najpopularniejsze rozszerzenie Modelu Standardowego.

Analogicznie jak inne siły natury, siła grawitacji jest przenoszona przez hipotetyczny grawiton, który nie został dotąd zaobserwowany. Chociaż nie istnieje żaden zadowalający kwantowy opis grawitacji, teoria superstrun jest elegancką propozycją ujęcia grawitacji w ramy teorii. Pojęcie cząstki zostało zastąpione przez rozciągłe obiekty - struny - istniejące w 10- lub 11-wymiarowej czasoprzestrzeni, a więc wymagające 6 lub 7 dodatkowych wymiarów przestrzennych.

Czy istnieje więcej wymiarów przestrzennych, niż znane 3, które mogłyby pozwolić na odkrycie w erze LHC takich związanych z grawitacją zjawisk, jak mikroskopijne czarne dziury i grawitony?

Jeśli takie zjawiska istnieją, mogłyby być zaobserwowane i badane w eksperymentach ATLAS i CMS przy LHC.