Sabbin kimiyyar lissafi na haskakawa daga wurare da yawa

Duk wani sauye-sauyen da za mu so mu yi zuwa Madaidaicin Model na kimiyyar lissafi (1) ko alaƙa na gabaɗaya, mafi kyawun ra'ayoyin mu guda biyu (ko da yake ba su dace ba) na sararin samaniya, sun riga sun yi iyaka. A wasu kalmomi, ba za ku iya canzawa da yawa ba tare da lalata gaba ɗaya ba.

Gaskiyar ita ce, akwai kuma sakamako da al'amuran da ba za a iya bayyana su ba bisa ga tsarin da aka sani da mu. Don haka ya kamata mu fita daga hanyarmu don yin duk abin da ba za a iya bayyana shi ba ko rashin daidaituwa a kowane farashi daidai da ka'idodin da ke akwai, ko kuma mu nemi sababbi? Wannan daya ne daga cikin muhimman tambayoyin kimiyyar lissafi na zamani.

Daidaitaccen Samfurin ilimin kimiyyar lissafi ya yi nasarar yin bayanin duk sanannun hulɗar da aka gano da kuma gano tsakanin barbashi waɗanda aka taɓa gani. Duniya ta kasance kwarkwasa, leptonov da kuma ma'auni bosons, wanda ke watsa uku daga cikin manyan runduna huɗu a cikin yanayi kuma suna ba da barbashi ragowar su. Har ila yau, akwai alaƙa na gaba ɗaya, namu, da rashin alheri, ba ƙa'idar adadi ba ne na nauyi, wanda ke bayyana dangantakar da ke tsakanin sararin samaniya, kwayoyin halitta da makamashi a cikin sararin samaniya.

Wahalhalun da ke tattare da wuce wadannan ka'idoji guda biyu shi ne, idan kuka yi kokarin canza su ta hanyar gabatar da sabbin abubuwa, dabaru da adadi, za ku sami sakamako wanda ya saba wa ma'auni da abubuwan lura da muke da su. Hakanan yana da kyau a tuna cewa idan kuna son wuce tsarin ilimin kimiyya na yanzu, nauyin hujja yana da girma. A gefe guda, yana da wuya kada a yi tsammani da yawa daga wanda ya lalata samfuran da aka gwada kuma aka gwada shekaru da yawa.

Dangane da irin waɗannan buƙatun, ba abin mamaki ba ne cewa da ƙyar wani ya yi ƙoƙarin ƙalubalantar yanayin da ake ciki a kimiyyar lissafi. Kuma idan ya yi, ba a ɗauke shi da muhimmanci ba, saboda yana saurin tuntuɓe a kan sauƙi mai sauƙi. Don haka, idan muka ga ramuka masu yuwuwa, to, waɗannan kawai masu haskakawa ne, suna nuna cewa wani abu yana haskakawa a wani wuri, amma ba a bayyana ko yana da daraja zuwa can kwata-kwata.

Sanin kimiyyar lissafi ba zai iya sarrafa sararin samaniya ba

Misalai na shimmer na wannan "sabbin sabo kuma daban"? Da kyau, alal misali, abubuwan lura da ƙimar koma baya, waɗanda suke da alama basu dace da bayanin cewa sararin duniya yana cike da barbashi na Standard Model kawai kuma yana biyayya ga ka'idar gamayya. Mun san cewa tushen tushen nauyi, taurari, gungu na taurari, har ma da babban gidan yanar gizon sararin samaniya ba su isa su bayyana wannan lamari ba, watakila. Mun sani cewa, ko da yake Standard Model ya bayyana cewa kwayoyin halitta da antimatter ya kamata a ƙirƙira kuma a lalata su daidai da adadi, muna rayuwa a cikin sararin samaniya wanda ya ƙunshi mafi yawan kwayoyin halitta tare da ƙaramin adadin antimatter. A takaice dai, muna ganin cewa "sanannen ilimin kimiyyar lissafi" ba zai iya bayyana duk abin da muke gani a sararin samaniya ba.

Yawancin gwaje-gwaje sun haifar da sakamakon da ba zato ba tsammani wanda, idan an gwada shi a matsayi mafi girma, zai iya zama juyin juya hali. Ko da abin da ake kira Atomic Anomaly da ke nuna kasancewar barbashi na iya zama kuskuren gwaji, amma kuma yana iya zama alamar wucewa ta Standard Model. Hanyoyi daban-daban na auna sararin samaniya suna ba da ƙima daban-daban don ƙimar faɗaɗa ta - matsalar da muka yi la'akari dalla-dalla a cikin ɗayan batutuwan MT na baya-bayan nan.

Koyaya, babu ɗayan waɗannan abubuwan da ba a sani ba da ke ba da isassun sakamako mai gamsarwa da za a yi la'akari da shi alama ce ta sabon ilimin kimiyyar lissafi. Duk waɗannan ko duk suna iya zama sauye-sauye na ƙididdiga ko kayan aikin da ba daidai ba. Da yawa daga cikinsu na iya yin nuni ga sabbin ilimin kimiyyar lissafi, amma za a iya bayyana su cikin sauƙi ta amfani da sanannun barbashi da abubuwan al'ajabi a cikin mahallin alaƙar gabaɗaya da Ƙa'idar Model.

Muna shirin yin gwaji, muna fatan samun ƙarin sakamako da shawarwari. Muna iya nan ba da jimawa ba mu gani ko makamashi mai duhu yana da ƙima. Dangane da shirin binciken galaxy na Vera Rubin Observatory da bayanai kan supernovae mai nisa da za a samar a nan gaba. nancy grace telescope, A baya WFIRST, muna buƙatar gano idan duhu duhu yana tasowa tare da lokaci zuwa cikin 1%. Idan haka ne, to dole ne a canza tsarin halittar mu na “misali”. Mai yiyuwa ne eriyar Interferometer Laser sararin samaniya (LISA) dangane da tsari shima zai ba mu mamaki. A takaice, muna lissafin motocin lura da gwaje-gwajen da muke tsarawa.

Har ila yau, muna ci gaba da aiki a fagen ilimin kimiyyar barbashi, muna fatan samun abubuwan mamaki a waje da Model, kamar ma'auni mafi daidaitaccen lokacin maganadisu na lantarki da muon - idan ba su yarda ba, sabon ilimin lissafi ya bayyana. Muna aiki don gano yadda suke canzawa neutrino – Anan ma, sabon ilimin kimiyyar lissafi yana haskakawa. Kuma idan muka gina ingantaccen karo na electron-positron, madauwari ko madaidaiciya (2), za mu iya gano abubuwan da suka wuce Madaidaicin Model waɗanda LHC ba ta iya ganowa ba tukuna. A cikin duniyar kimiyyar lissafi, an dade ana ba da shawarar mafi girman sigar LHC tare da kewayen har zuwa kilomita 100. Wannan zai ba da ƙarin ƙarfin karo, wanda, a cewar masana kimiyya da yawa, a ƙarshe za su nuna sabbin abubuwan mamaki. Duk da haka, wannan zuba jari ne mai tsada sosai, kuma gina giant kawai a kan ka'ida - "bari mu gina shi mu ga abin da zai nuna mana" yana haifar da shakku da yawa.

2. Litattafan lepton karo - gani

Akwai nau'i biyu na tuntuɓar matsaloli a kimiyyar jiki. Na farko hanya ce mai rikitarwa, wanda ya ƙunshi ƙunƙuntaccen zane na gwaji ko kuma mai lura don magance takamaiman matsala. Hanya ta biyu ita ake kira hanyar karfi da karfi.wanda ya haɓaka gwaji na duniya, iyaka-iyaka ko mai lura don bincika sararin samaniya a sabuwar hanya fiye da hanyoyinmu na baya. Na farko ya fi dacewa da daidaitaccen Model. Na biyu yana ba ka damar samun alamun wani abu da yawa, amma, rashin alheri, wannan abu ba a bayyana shi daidai ba. Don haka, hanyoyin biyu suna da nasu illa.

Nemo abin da ake kira Theory of Komai (TUT), mai tsarki grail na kimiyyar lissafi, ya kamata a sanya shi a cikin nau'i na biyu, tun da sau da yawa fiye da haka ya zo don gano mafi girma da makamashi (3), wanda dakarun yanayi a ƙarshe ya haɗu zuwa hulɗa ɗaya.

3. Ƙarfafawa da ake buƙata don haɗin kai na ma'auni

Nisforn neutrino

Kwanan nan, kimiyya ta ƙara mayar da hankali ga wurare masu ban sha'awa, irin su binciken neutrino, wanda kwanan nan muka buga wani rahoto mai yawa a cikin MT. A cikin Fabrairu 2020, Jaridar Astrophysical Journal ta buga wani ɗaba'a game da gano neutrinos masu ƙarfi waɗanda ba a san asalinsu ba a Antarctica. Baya ga wannan sanannen gwajin, an kuma gudanar da bincike a kan nahiyar mai sanyi a ƙarƙashin sunan lambar ANITA (), wanda ya ƙunshi sakin balloon mai firikwensin firikwensin. igiyoyin rediyo.

Dukansu da ANITA an ƙera su ne don nemo raƙuman rediyo daga neutrinos masu ƙarfi da ke karo da ƙaƙƙarfan al'amuran da ke yin ƙanƙara. Avi Loeb, shugaban Sashen Nazarin Falaki na Harvard, ya yi bayani a kan gidan yanar gizon Salon: “Al’amuran da ANITA suka gano tabbas sun yi kama da abin da ba a sani ba domin ba za a iya bayyana su a matsayin neutrinos daga tushen taurari. (...) Yana iya zama wani nau'i na barbashi da ke hulɗa da rauni fiye da neutrino tare da kwayoyin halitta. Muna zargin cewa irin wannan barbashi sun wanzu a matsayin duhu. Amma menene ya sa al'amuran ANITA su kasance masu kuzari sosai?"

Neutrinos su ne kawai sanannun barbashi da suka keta Standard Model. Dangane da daidaitaccen tsarin halittar farko, dole ne mu sami nau'ikan neutrinos uku (lantarki, Muhon da Tua) da nau'ikan antineutrinos, kuma bayan samuwar su dole ne su tabbata kuma ba su canza ba. Tun daga shekarun 60, lokacin da farkon lissafin neutrinos da ma'aunin neutrinos da Rana ta samar, mun fahimci cewa akwai matsala. Mun san adadin neutrino na lantarki da aka samu a ciki hasken rana core. Amma da muka auna nawa ne suka iso, sai muka ga kashi uku kawai na adadin da aka annabta.

Ko dai wani abu ba daidai ba ne tare da masu gano mu, ko kuma wani abu ba daidai ba ne tare da tsarin mu na Rana, ko wani abu ba daidai ba tare da neutrinos da kansu. Gwaje-gwajen reactor da sauri ya karyata ra'ayin cewa wani abu ba daidai ba ne tare da masu gano mu (4). Sun yi aiki kamar yadda aka zata kuma an kimanta aikinsu sosai. Neutrinos da muka gano an yi rajista daidai da adadin neutrinos masu zuwa. Shekaru da yawa, masana astronomers da yawa sun yi jayayya cewa tsarin hasken rana ba daidai ba ne.

4. Hotunan abubuwan neutrino a cikin Cherenkov radiation daga Super Kamiokande detector

Tabbas, akwai wata babbar yuwuwar cewa, idan gaskiya ne, zai canza fahimtarmu game da sararin samaniya daga abin da Standard Model ya annabta. Manufar ita ce nau'ikan neutrinos guda uku da muka sani a zahiri suna da taro, ba jingina, da kuma cewa za su iya haɗuwa (sauyi) don canza dandano idan suna da isasshen kuzari. Idan neutrino ya kunna ta hanyar lantarki, zai iya canzawa tare da hanyar zuwa mun i taonovamma wannan yana yiwuwa ne kawai idan yana da taro. Masana kimiyya sun damu da matsalar neutrinos na dama- da hagu. Domin idan ba za ku iya bambance shi ba, ba za ku iya bambance shi ko barbashi ne ko kuma antiparticle ba.

Shin neutrino zai iya zama antiparticle na kansa? Ba bisa ga ka'idar Standard Model ba. Fermionsgaba daya kada su zama nasu antiparticles. Fermion shine kowane barbashi mai jujjuyawar ± XNUMX/XNUMX. Wannan rukunin ya haɗa da duk quarks da lepton, gami da neutrinos. Duk da haka, akwai nau'i na musamman na fermions, wanda ya zuwa yanzu ya wanzu kawai a ka'idar - Majorana fermion, wanda shine nasa antiparticle. Idan akwai, wani abu na musamman na iya faruwa... neutrino free lalatar beta biyu. Kuma a nan akwai dama ga masu gwajin da suka dade suna neman irin wannan gibin.

A cikin duk hanyoyin da aka lura da suka shafi neutrinos, waɗannan barbashi suna nuna wata kadara da masana kimiyyar lissafi ke kiran hannun hagu. Neutrinos na hannun dama, wanda shine mafi girman yanayin dabi'a na Standard Model, babu inda za a gani. Duk sauran barbashi na MS suna da sigar hannun dama, amma neutrinos ba su da. Me yasa? Sabbin bincike mai matuƙar mahimmanci na ƙungiyar masana kimiyya ta duniya, gami da Cibiyar Nazarin Kimiyyar Nukiliya ta Kwalejin Kimiyya ta Poland (IFJ PAN) a Krakow, ta yi bincike kan wannan batu. Masana kimiyya sun yi imanin cewa rashin lura da neutrinos na hannun dama zai iya tabbatar da cewa su Majorana fermions ne. Idan sun kasance, to fasalin su na gefen dama yana da girma sosai, wanda ke bayyana wahalar ganowa.

Duk da haka har yanzu ba mu sani ba ko neutrinos su ne antiparticles da kansu. Ba mu sani ba ko sun sami yawansu daga raunin daurin Higgs boson, ko kuma sun same ta ta wata hanyar dabam. Kuma ba mu sani ba, watakila sashin neutrino ya fi rikitarwa fiye da yadda muke tunani, tare da bakararre ko nauyi neutrinos suna ɓoye a cikin duhu.

Atom da sauran anomalies

A cikin ilimin kimiyyar lissafi na farko, baya ga neutrinos na gaye, akwai wasu, wuraren da ba a san su ba na bincike wanda “sabon kimiyyar lissafi” ke iya haskakawa. Masana kimiyya, alal misali, kwanan nan sun ba da shawarar sabon nau'in kwayar halitta na subatomic don bayyana abin mamaki tarwatsewa kamar (5), wani al’amari na musamman na ’ya’yan meson da ya qunshi daya kwarkwata i dillalin gargajiya daya. Lokacin da barbashi na kaon ya lalace, ƙaramin juzu'i daga cikinsu yana fuskantar canje-canje waɗanda suka ba masana kimiyya mamaki. Salon wannan ruɓe na iya nuna sabon nau'in barbashi ko sabon ƙarfin jiki a wurin aiki. Wannan ya yi waje da iyakokin Tsarin Samfura.

Akwai ƙarin gwaje-gwaje don nemo giɓi a cikin Madaidaicin Model. Waɗannan sun haɗa da binciken g-2 muon. Kusan shekaru ɗari da suka wuce, masanin kimiyya Paul Dirac ya annabta lokacin maganadisu na na'urar lantarki ta amfani da g, lambar da ke ƙayyade ƙayyadaddun kaddarorin kwayar halitta. Sai ma'auni ya nuna cewa "g" ya ɗan bambanta da 2, kuma masana kimiyya sun fara amfani da bambanci tsakanin ainihin darajar "g" da 2 don nazarin tsarin ciki na subatomic particles da kuma dokokin kimiyyar lissafi gaba ɗaya. A shekara ta 1959, CERN a Geneva, Switzerland, ta gudanar da gwaji na farko wanda ya auna darajar g-2 na wani barbashi na subatomic da ake kira muon, wanda aka ɗaure da na'urar lantarki amma mara ƙarfi kuma sau 207 ya fi na elementary nauyi.

Cibiyar Nazarin Kasa ta Brookhaven a New York ta fara gwajin nata kuma ta buga sakamakon gwajin g-2 da suka yi a 2004. Ma'aunin ba shine abin da Standard Model ya annabta ba. Koyaya, gwajin bai tattara isassun bayanai don nazarin ƙididdiga ba don tabbatar da tabbataccen cewa ƙimar da aka auna ta bambanta da gaske ba kawai canjin ƙididdiga ba. Sauran cibiyoyin bincike yanzu suna yin sabbin gwaje-gwaje tare da g-2, kuma tabbas za mu san sakamakon nan ba da jimawa ba.

Akwai wani abu mafi ban sha'awa fiye da wannan Kaon anomalies i mun. A cikin 2015, gwaji akan lalatar beryllium 8Be ya nuna rashin jin daɗi. Masana kimiyya a Hungary suna amfani da injin gano su. Ba zato ba tsammani, duk da haka, sun gano, ko tunanin sun gano, wanda ke nuna wanzuwar karfi na biyar na halitta.

Masana kimiyya daga Jami'ar California sun zama masu sha'awar binciken. Sun ba da shawarar cewa al'amarin ya kira atomic anomaly, wani sabon abu ne ya haifar da shi, wanda ya kamata ya ɗauki ƙarfi na biyar na yanayi. Ana kiransa X17 saboda ana tunanin girmansa ya kai kusan 17 volts na lantarki. Wannan ya ninka adadin electron sau 30, amma kasa da adadin proton. Kuma yadda X17 ke nuna halin proton yana ɗaya daga cikin abubuwan ban mamaki nasa - wato, ba ya mu'amala da proton kwata-kwata. Madadin haka, yana mu'amala da na'urar lantarki ko neutron da ba ta da caji, wanda ba shi da caji ko kaɗan. Wannan yana sa ya zama da wahala a dace da barbashi X17 a cikin Model ɗinmu na yanzu. Bosons suna da alaƙa da sojoji. Gluons suna da alaƙa da ƙarfi mai ƙarfi, bosons tare da ƙarfi mai rauni, da photons tare da electromagnetism. Akwai ko da wani hasashe boson ga nauyi da ake kira graviton. A matsayin boson, X17 zai ɗauki ƙarfi na kansa, kamar wanda har yanzu ya kasance sirri a gare mu kuma zai iya zama.

Duniya da alkiblar da aka fi so?

A cikin wata takarda da aka buga a wannan watan Afrilu a cikin mujallar Science Advances, masana kimiyya a Jami'ar New South Wales da ke Sydney sun ba da rahoton cewa sabbin ma'aunin haske da ke fitar da wani haske mai tsawon shekaru biliyan 13 ya tabbatar da binciken da aka yi a baya wanda ya gano ƙananan bambance-bambance a cikin kyakkyawan tsari na dindindin. na duniya. Farfesa John Webb daga UNSW (6) ya bayyana cewa kyakkyawan tsari akai-akai "yawanci ne da masana kimiyya ke amfani da shi azaman ma'auni na ƙarfin lantarki." ƙarfin lantarki yana kula da electrons a kusa da tsakiya a cikin kowane zarra a sararin samaniya. Idan babu shi, komai zai wargaje. Har zuwa kwanan nan, an yi la'akari da shi a matsayin mai karfi a lokaci da sararin samaniya. Amma a cikin binciken da ya yi a cikin shekaru ashirin da suka gabata, Farfesa Webb ya lura da wani abu mara kyau a cikin tsayayyen tsari mai kyau wanda ƙarfin lantarki, wanda aka auna shi a hanyar da aka zaɓa a cikin sararin samaniya, koyaushe yana da alama ya ɗan bambanta.

"" in ji Webb. Rashin daidaituwa ya bayyana ba a cikin ma'aunin ƙungiyar Australiya ba, amma a kwatanta sakamakonsu da sauran ma'auni na hasken quasar da wasu masana kimiyya suka yi.

" in ji Farfesa Webb. "". A ra'ayinsa, da alama sakamakon ya nuna cewa za a iya samun shugabanci da aka fi so a sararin samaniya. A wasu kalmomi, sararin samaniya a wata ma'ana zai sami tsarin dipole.

"" in ji masanin kimiyya game da alamomin anomalies.

Wannan wani abu ne guda ɗaya: maimakon abin da ake tunanin ya zama bazuwar yaduwar taurari, quasars, gajimare na gas da taurari tare da rayuwa, sararin samaniya yana da takwarorinsu na arewa da kudanci. Duk da haka Farfesa Webb a shirye yake ya yarda cewa sakamakon ma'auni da masana kimiyya suka yi a matakai daban-daban ta amfani da fasahohi daban-daban da kuma daga wurare daban-daban a duniya a hakika babban lamari ne.

Webb ya yi nuni da cewa idan akwai shugabanci a sararin samaniya, kuma idan electromagnetism ya zama ɗan bambanci a wasu yankuna na sararin samaniya, mafi mahimman abubuwan da ke bayan yawancin ilimin kimiyyar lissafi na zamani zasu buƙaci sake duba su. "", magana. Samfurin ya dogara ne akan ka'idar Einstein na nauyi, wanda a sarari yake ɗaukar dorewar dokokin yanayi. Idan kuma ba haka ba, to ... tunanin juya dukkan ginin kimiyyar lissafi yana da ban sha'awa.