सुपरसेमेट्री क्या है?

लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) ने अपना काम शुरू कर दिया है। इसकी शुरूआत में काफी रुचि थी और बड़ी संख्या में विविध और, कई बार, वैज्ञानिक-विरोधी अफवाहों और अटकलों के साथ।



LHC का एक महत्वपूर्ण लक्ष्य सुपरसिमेट्रिक मॉडल का परीक्षण करना है। सुपरसिममेट्री ठीक मेरी वैज्ञानिक गतिविधि का क्षेत्र है, और मैंने एक लोकप्रिय वैज्ञानिक रूप में यह बताने की कोशिश करने का फैसला किया कि यह क्या है।



इस लेख में मैं इन सिद्धांतों के कुछ विचारों और परिणामों पर कण भौतिकी के आधुनिक सिद्धांतों पर ध्यान केंद्रित करूंगा। जिन विषयों पर चर्चा की गई उनमें निम्नलिखित हैं:

• मूलभूत इंटरैक्शन का मानक मॉडल (प्राथमिक कण भौतिकी में लगभग सभी प्रयोगात्मक डेटा का वर्णन करता है),
  
  
• इसके फायदे और नुकसान,
  
  
• सुपरस्मेट्री का विचार,
  
  
• मानक मॉडल की कई समस्याओं का समाधान इसके सुपरसिमेट्रिक सामान्यीकरण के साथ,
  
  
• न्यूनतम सुपरसिमेट्रिक मानक मॉडल (MSSM) की कुछ विशेषताएं,
  
  
• सुपरसमिति की प्रायोगिक स्थिति।
  
  

मैंने कहानी को यथासंभव लोकप्रिय बनाने की कोशिश की, इसलिए मुझे गणितीय कठोरता को छोड़ना पड़ा। हालांकि, कुछ स्थानों पर यह माना जाता है कि हेब्रालम अभी भी स्कूल के गणित और भौतिकी को याद करता है। इसके बिना, यह मुश्किल होगा, यदि संभव हो तो, कुछ अवधारणाओं और विचारों को उजागर करने के लिए।

कण भौतिकी के सैद्धांतिक आधार

प्राथमिक कण भौतिकी मानव ज्ञान के कुछ क्षेत्रों में से एक है, जहां पदार्थ के रहस्यों में सबसे गहराई से घुसना और इसके गुणों की व्याख्या करना संभव हो गया है। अब तक, दुनिया का वर्णन करने वाले कानूनों की संख्या में कमी वैज्ञानिक सिद्धांतों के निर्माण में मुख्य प्रवृत्तियों में से एक रही है। एक ही समय में, मुख्य लक्ष्य हमेशा से रहा है और एक एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत का निर्माण रहता है, जो मानवता के सभी प्रकृति के ज्ञान को संयोजित करेगा, और जहां से कम से कम (सिद्धांत रूप में) सभी कानूनों को इस तरह के सिद्धांत के विशेष मामलों के रूप में कटौती करना संभव होगा।

मौलिक बातचीत

चार मूलभूत इंटरैक्शन वर्तमान में ज्ञात हैं: गुरुत्वाकर्षण , विद्युत चुम्बकीय , मजबूत और कमजोर । पहले दो लंबी दूरी के हैं और रोजमर्रा की जिंदगी में दिखाई देते हैं। उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण, आकाशीय पिंडों की गति को नियंत्रित करता है। हम सभी पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव का अनुभव करते हैं। इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म अधिकांश घटनाओं की व्याख्या करता है जो लोग रोजमर्रा की जिंदगी में सामना करते हैं। दो अन्य छोटी दूरी की बातचीत। वे केवल परमाणु नाभिक (अल्फा और बीटा क्षय की व्याख्या) के पैमाने पर दिखाई देते हैं और छोटे पैमानों पर निर्णायक हो जाते हैं।



माइक्रोवर्ल्ड में, कणों के क्वांटम गुण एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हालांकि, सामान्य क्वांटम यांत्रिकी मूलभूत बातचीत का वर्णन करने के लिए पर्याप्त नहीं है। सबसे पहले, क्वांटम यांत्रिकी एक गैर-वैज्ञानिक सिद्धांत है, अर्थात यह प्रकाश की गति की तुलना में कम गति के लिए मान्य है। दूसरे, क्वांटम यांत्रिकी उच्च-ऊर्जा कणों की बातचीत के दौरान होने वाले कणों के उत्पादन और विनाश की प्रक्रियाओं का वर्णन नहीं करते हैं। क्वांटम यांत्रिकी का एक सापेक्षवादी सामान्यीकरण (सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के विचारों के अनुरूप) क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत है ।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांतों में, पदार्थ के कण संबंधित क्षेत्रों के "क्वांटा" (गड़बड़ी) होते हैं। कणों के बीच संपर्क विशेष क्षेत्रों द्वारा किया जाता है। यह माना जाता है कि बातचीत की प्रक्रिया में पदार्थ के कण अन्य कणों को अवशोषित करते हैं और वाहक क्षेत्र के क्वांटा को अवशोषित करते हैं।



क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत का पहला सफल उदाहरण - क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स - बीसवीं शताब्दी के मध्य में फेनमैन, श्विंगर और टोमोनागा के कार्यों में बनाया गया था, जिसके लिए उन्हें 1965 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स चार्ज किए गए कणों (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन) के बीच बातचीत को फोटॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न मानता है - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा।



अब तक, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स सबसे सटीक भौतिक सिद्धांत बना हुआ है। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के ढांचे में सैद्धांतिक गणना 10 .10 की सटीकता के साथ प्रयोगात्मक परिणामों के साथ मेल खाती है।

कण भौतिकी में समरूपता

समरूपता द्वारा, भौतिक विज्ञानी कुछ परिवर्तनों की अपरिहार्यता को समझते हैं जब कुछ परिवर्तन करते हैं। इस मामले में, कानूनों या समीकरणों की समरूपता एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, परिवर्तन x → −x के संबंध में समीकरण x ² = 4 सममित है (जो नहीं बदलता है)।



भौतिकी में, समरूपता दोहरी भूमिका निभाती है। सबसे पहले, एक भौतिक प्रणाली के प्रत्येक प्रकार की समरूपता एक संरक्षित मात्रा से मेल खाती है। उदाहरण के लिए, ऊर्जा के संरक्षण का नियम समय की समरूपता से होता है (परिवर्तन t → t + →t के संबंध में विपरीत ), अंतरिक्ष की एकरूपता से समन्वय (समन्वय ट्रांसफॉर्मर x → x + Δx के संबंध में ) - गति के संरक्षण का नियम और अंतरिक्ष की आइसोट्रॉफी से। कोणीय गति (कोणीय गति L = mvr "रोटेशन की मात्रा" को दर्शाता है और आवेग p = mv का एक एनालॉग है)।



दूसरे, नए भौतिक सिद्धांतों से नए समरूपता की आवश्यकता हो सकती है। इस तरह की आवश्यकताएं, सिद्धांत के निर्माण में कम मनमानी।



समरूपता के साथ एक भौतिक सिद्धांत का एक उदाहरण साधारण क्वांटम यांत्रिकी है जो लहर कार्यों पर संचालित होता है। एक कण का तरंग कार्य एक जटिल कार्य है, उदाहरण के लिए, स्थानिक निर्देशांक (लगभग हर बिंदु पर एक जटिल संख्या)। इसकी गणना श्रोडिंगर समीकरण से की जा सकती है। भौतिक अर्थ स्वयं तरंग कार्य नहीं है, बल्कि इसके मॉड्यूल का वर्ग है, जो किसी भी स्थान पर एक कण होने की संभावना को दर्शाता है।



यदि मॉड्यूल 1 के साथ सभी तरंग कार्यों को एक ही जटिल संख्या से गुणा किया जाता है, तो सिद्धांत की कोई भी भविष्यवाणी नहीं बदलेगी। वास्तव में, जटिल संख्याओं के उत्पाद का मापांक मॉड्यूल के उत्पाद के बराबर होता है, और इस गुणन से कोई संभाव्यता नहीं बदलती है।



यह तथाकथित वैश्विक समरूपता (वैश्विक - क्योंकि लहर समारोह को एक ही संख्या से विभिन्न बिंदुओं पर गुणा किया गया) का एक उदाहरण है। इस समरूपता का सार यह है कि सिद्धांत परिवर्तन के एक निश्चित वर्ग के संबंध में नहीं बदलता है (हमारे मामले में, ये परिवर्तन 1 के मापांक के साथ एक मनमाना जटिल संख्या से गुणा है)।



क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स गेज वाले कहे जाने वाले परिवर्तनों के संबंध में सममित है । इन परिवर्तनों में मॉड्यूल 1 के साथ एक जटिल संख्या द्वारा इलेक्ट्रॉनों के क्षेत्र को गुणा करना शामिल है (यह सच है कि सिद्धांत को बदलने के लिए नहीं, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के कई अन्य परिवर्तनों को इलेक्ट्रॉन क्षेत्र के परिवर्तन के साथ एक साथ किया जाना चाहिए)। ऊपर माना गया क्वांटम यांत्रिकी के मामले के विपरीत, यह संख्या प्रत्येक बिंदु (स्थानीय समरूपता) में पहले से ही अलग हो सकती है।



निम्नलिखित बिंदु पर ध्यान देना दिलचस्प है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक संरक्षित मात्रा प्रत्येक समरूपता के साथ जुड़ी हुई है। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के गेज परिवर्तन के मामले में, ऐसी संरक्षित मात्रा एक साधारण विद्युत आवेश है।



पचास के दशक में, यंग एंड मिल्स ने एक मॉडल बनाया, जिसके समीकरण अधिक जटिल स्थानीय गेज परिवर्तन के प्रभाव में नहीं बदले। सबसे पहले, ब्याज विशुद्ध रूप से गणितीय था। हालांकि, फिर, यांग-मिल्स सिद्धांत के आधार पर, प्राथमिक कणों के संपर्क के बुनियादी सिद्धांत बनाए गए थे - इलेक्ट्रोएक इंटरैक्शन और क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का सिद्धांत। गेज सिमिट्री वाले इन सिद्धांतों को प्रायोगिक पुष्टि मिली है।

मौलिक सहभागिता का मानक मॉडल

साठ के दशक में, इलेक्ट्रोमैग्नेटिज़्म और कमजोर इंटरैक्शन को संयोजित करना संभव था। सलाम, ग्लासो और वेनबर्ग ने इलेक्ट्रोकेक इंटरैक्शन के सिद्धांत का निर्माण किया। 1979 में उन्हें नोबेल पुरस्कार दिया गया। एक नए सिद्धांत ने नए कणों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, तथाकथित डब्ल्यू- और जेड-बोसॉन। वे कमजोर बातचीत के "हस्तांतरण" के लिए जिम्मेदार हैं। इन बोसॉन को 1983 में प्रोटॉन सुपर सिंक्रोट्रॉन पर खोजा गया था।



ऐसा प्रतीत होता है, अगर पूर्व में परस्पर संपर्क की त्रिज्या (वास्तव में, हम प्रकाश - विद्युत चुम्बकीय विकिरण - दूर आकाशगंगाओं और अन्य खगोलीय पिंडों से) को देखते हैं, और बाद में यह परमाणु नाभिक के आकार से अधिक नहीं हो सकता है, तो विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बातचीत को कैसे जोड़ा जा सकता है? यह पता चलता है कि यह "विषमता" इस तथ्य के कारण है कि फोटॉनों का द्रव्यमान शून्य के बराबर है, और डब्ल्यू- और जेड-बोसोन का द्रव्यमान बहुत बड़ा है, वे प्रोटॉन की तुलना में लगभग 100 गुना भारी हैं।



तथाकथित इलेक्ट्रोवेक समरूपता का उल्लंघन इलेक्ट्रोकेक इंटरैक्शन के सिद्धांत का एक महत्वपूर्ण गुण है (सिद्धांत के समीकरणों में यह समरूपता है)। उल्लंघन के परिणामस्वरूप, W- और Z-bosons और कुछ अन्य कण (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों) जनता का अधिग्रहण करते हैं।



यंग - मिल्स मॉडल के ढांचे में गेज समरूपता को गेज समरूपता को नष्ट किए बिना बड़े पैमाने पर नहीं बनाया जा सकता है। इलेक्ट्रोकेम समरूपता को तोड़ने के लिए, हिग्स तंत्र का आविष्कार किया गया था। मूल विचार यह है कि पूरे स्थान को एक विशेष हिग्स फ़ील्ड द्वारा छेदा जाता है, जो अन्य क्षेत्रों के साथ बातचीत करता है और समरूपता को तोड़ता है, हालांकि सिद्धांत के समीकरण सममित रहते हैं। हिग्स फ़ील्ड के गड़बड़ियों को स्वयं को नए कणों के रूप में प्रकट करना चाहिए - हिग्स बोसॉन। हिग्स बोसोन एक बहुत भारी कण है, डब्ल्यू और जेड बोसोन की तुलना में भारी है। इसलिए, यह अभी तक प्रयोगात्मक रूप से नहीं खोजा गया है।



मजबूत इंटरैक्शन, क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का सिद्धांत भी यांग - मिल्स समीकरणों पर आधारित है। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का कहना है कि कई प्राथमिक कण - मेसन और बेरियन (उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन) - क्वार्क से मिलकर बनता है। हालांकि, अलग-थलग क्वार्क कभी नहीं देखा गया है (इस घटना को कारावास कहा जाता है)। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स के समीकरणों की जटिलता के कारण, चकबंदी अभी भी सीधे उनसे नहीं ली गई है। वैसे, यांग - मिल्स समीकरणों को हल करना और कारावास की व्याख्या करना सात सहस्राब्दी समस्याओं में से एक है, जिसके लिए क्ले इंस्टीट्यूट ने एक मिलियन डॉलर का पुरस्कार सौंपा है।



क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स भी त्वरक प्रयोगों में पुष्टि पाता है। मूलभूत इंटरैक्शन के मानक मॉडल में इलेक्ट्रोकेक इंटरैक्शन और क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का एक मॉडल शामिल है। मानक मॉडल प्राथमिक कण भौतिकी में आज तक प्राप्त लगभग सभी प्रयोगात्मक डेटा की व्याख्या करने में सक्षम था।

supersymmetry

सुपरसिमेट्री का विचार

सुपरसिमेट्री पर चर्चा करने से पहले, हम स्पिन की अवधारणा पर विचार करते हैं। स्पिन प्रत्येक कण में निहित गति का एक क्षण है। इसे प्लांक स्थिरांक की इकाइयों में मापा जाता है और यह पूर्ण या आधा पूर्णांक हो सकता है। स्पिन एक विशेष रूप से क्वांटम यांत्रिक संपत्ति है, इसे शास्त्रीय दृष्टिकोण से नहीं दिखाया जा सकता है। प्राथमिक कणों को छोटे "गेंदों" के रूप में व्याख्या करने का एक भोली कोशिश, और उनके रोटेशन के रूप में स्पिन, सापेक्षता के विशेष सिद्धांत का विरोध करता है, क्योंकि गेंदों की सतह पर इस मामले में प्रकाश की तुलना में तेजी से बढ़ना चाहिए। इलेक्ट्रॉनों में 1/2 का स्पिन होता है, फोटॉनों में 1 का स्पिन होता है।



सुपरसिममेट्री एक पूर्णांक और आधे-पूर्णांक स्पिन वाले कणों के बीच समरूपता है। सुपरसिमेट्री का विचार लगभग 40 साल पहले गोल्फैंड और लिकमैन, वोलकोव और अकुलोव के सैद्धांतिक कार्यों में प्रस्तावित किया गया था, साथ ही वेस और ज़ुमिनो भी। संक्षेप में, यह उन सिद्धांतों का निर्माण करने में सम्‍मिलित होता है जिनके समीकरणों में कोई अंतर नहीं होता जब खेतों को एक पूर्णांक स्पिन के साथ आधा-पूर्णांक स्पिन वाले क्षेत्रों में परिवर्तित किया जाता है और इसके विपरीत। तब से, हजारों लेख लिखे गए हैं, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के सभी मॉडल सुपरसिममेट्रीज़ किए गए हैं, एक नया गणितीय उपकरण विकसित किया गया है जो किसी को सुपरसिमेट्रिक सिद्धांतों का निर्माण करने की अनुमति देता है।



पहले चर्चा की गई मौलिक बातचीत के मानक मॉडल को सुपरसिमेट्रिक भी बनाया जा सकता है। इसी समय, इसकी कई समस्याएं हल हो जाती हैं। आइए उनमें से कुछ पर विचार करें।

सुपरसिममेट्री मोटिवेशन

प्रयोगात्मक डेटा की व्याख्या करने में मानक मॉडल की जबरदस्त सफलता के बावजूद, इसमें कई सैद्धांतिक कठिनाइयां हैं जो मानक मॉडल को हमारी दुनिया का वर्णन करने वाले अंतिम सिद्धांत की अनुमति नहीं देती हैं। यह पता चलता है कि इनमें से कुछ कठिनाइयों को स्टैंडर्ड मॉडल के सुपरसिमेट्रिक विस्तार के साथ दूर किया जा सकता है।

युग्मन स्थिरांक का संघ

महान एकीकरण परिकल्पना, जो कई भौतिकविदों का पालन करते हैं, कहते हैं कि विभिन्न मौलिक बातचीत एक, अधिक सामान्य, बातचीत की अभिव्यक्तियां हैं। इस बातचीत को विशाल ऊर्जाओं पर प्रकट किया जाना चाहिए (विभिन्न अनुमानों के अनुसार, महान संघ की ऊर्जा आधुनिक कणों के लिए उपलब्ध ऊर्जा की तुलना में 10 ¹³ या 10 से ¹⁶ गुना अधिक है)। ऊर्जा में कमी के साथ, गुरुत्वाकर्षण बातचीत संयुक्त बातचीत से "विभाजित" होती है, फिर मजबूत होती है, और अंत में, इलेक्ट्रोक की बातचीत कमजोर और विद्युत चुम्बकीय लोगों में टूट जाती है।



स्टैंडर्ड मॉडल में, हालांकि, इलेक्ट्रोकेक और मजबूत इंटरैक्शन केवल औपचारिक रूप से संयुक्त होते हैं। वे सामान्य बातचीत के विभिन्न रूप हो सकते हैं, या वे नहीं हो सकते हैं। फिर भी, प्रायोगिक परिणामों का विश्लेषण एक महान संघ के अस्तित्व के सवाल का कुछ सुराग देता है।



प्रत्येक मूलभूत बातचीत में एक मूल्य होता है जो इसकी तीव्रता को दर्शाता है। इस मात्रा को अंत : क्रिया कहा जाता है । इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन की निरंतरता केवल इलेक्ट्रॉन के चार्ज के बराबर होती है। मजबूत और कमजोर इंटरैक्शन के मामले में, स्थिति कुछ अधिक जटिल है।



क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के दिलचस्प गुणों में से एक यह है कि अंतःक्रियात्मक स्थिरांक वास्तव में एक स्थिरांक नहीं है - यह तब बदलता है जब प्राथमिक कणों में शामिल प्रक्रियाओं की विशेषता ऊर्जाएं बदल जाती हैं, और सिद्धांत इस निर्भरता की प्रकृति का अनुमान लगा सकता है।



विशेष रूप से, इसका मतलब है कि जब एक परमाणु के आकार की तुलना में बहुत कम दूरी पर एक इलेक्ट्रॉन के पास जाता है, तो इसका चार्ज बदलना शुरू हो जाता है! इसके अलावा, क्वांटम प्रभावों के कारण इस तरह के बदलाव की पुष्टि प्रायोगिक आंकड़ों से होती है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु (मेम्ने शिफ्ट) में इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर में एक छोटा परिवर्तन।



विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत इंटरैक्शन के स्थिरांक को पर्याप्त सटीकता के साथ मापा जाता है ताकि बढ़ती ऊर्जा के साथ उनके परिवर्तन की गणना की जा सके। परिणाम आंकड़े में दिखाए गए हैं। स्टैण्डर्ड मॉडल (बाईं ओर के रेखांकन) में ऐसी कोई ऊर्जा नहीं होती है जहाँ अंतःक्रियात्मक स्थिरांक संयोजित होते हैं। और मानक मॉडल (दाईं ओर ग्राफिक्स) के न्यूनतम सुपरसिमेट्रिक विस्तार में, ऐसा बिंदु मौजूद है। इसका मतलब यह है कि प्राथमिक कण भौतिकी में सुपरस्मेट्री के पास एक सुखद संपत्ति है - इसकी रूपरेखा में एक महान संघ संभव है!





स्टैंडर्ड मॉडल और MSSM में बढ़ती ऊर्जा पैमाने के साथ अंशांकन युग्मन स्थिरांक का विकास।

गुरुत्वाकर्षण के साथ संघ

मानक मॉडल में गुरुत्वाकर्षण बातचीत शामिल नहीं है। यह प्राथमिक कणों के छोटे द्रव्यमान के कारण त्वरक प्रयोगों में पूरी तरह से अदृश्य है। हालांकि, उच्च ऊर्जा पर, गुरुत्वाकर्षण महत्वपूर्ण हो सकता है।



गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं का आधुनिक सिद्धांत - सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत - एक शास्त्रीय सिद्धांत है। इस सिद्धांत का एक क्वांटम सामान्यीकरण निस्संदेह सबसे सामान्य भौतिक सिद्धांत बन जाएगा यदि इसे बनाया गया था। किसी भी प्रायोगिक डेटा की अनुपस्थिति के अलावा, क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत के निर्माण में गंभीर सैद्धांतिक बाधाएं हैं।



अन्य इंटरैक्शन के साथ गुरुत्वाकर्षण के संयोजन में भी कठिनाइयाँ हैं। गुरुत्वाकर्षण बातचीत के वाहक, ग्रेविटॉन में स्पिन 2 होना चाहिए, जबकि अन्य इंटरैक्शन के वाहक (फोटॉन, डब्ल्यू- और जेड-बोसॉन, ग्लून्स) का स्पिन 1 है। इन क्षेत्रों में "मिश्रण" करने के लिए, आपको स्पिन को बदलने वाले परिवर्तन की आवश्यकता है। और सुपरसिमेट्री ट्रांसफॉर्मेशन वास्तव में ऐसा ट्रांसफॉर्मेशन है। यह कण के स्पिन को 1/2 से कम कर देता है और इसलिए, अलग-अलग स्पिन के साथ कणों को मिला सकता है। इस प्रकार, सुपरसमिति के ढांचे में गुरुत्वाकर्षण के साथ संयोजन काफी स्वाभाविक है।

ब्रह्मांड के काले पदार्थ की प्रकृति

ब्रह्माण्ड विज्ञान में शोध के कुछ परिणामों के बारे में Supersymmetry बता सकते हैं। इन परिणामों में से एक यह है कि दृश्यमान (चमकदार) पदार्थ ब्रह्मांड में सभी मामले का गठन नहीं करता है। ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण राशि तथाकथित डार्क मैटर और डार्क एनर्जी पर पड़ती है।



अंधेरे पदार्थ के अस्तित्व का एक सीधा संकेत केंद्र की दूरी पर सर्पिल आकाशगंगाओं में तारों की गति की निर्भरता है। इस रिश्ते की गणना करना आसान है। यह पता चला है कि प्रायोगिक डेटा सिद्धांत की भविष्यवाणियों से काफी भिन्न है।



विसंगति को इस तथ्य से समझाया गया है कि आकाशगंगाएं काले पदार्थ के "बादलों" में हैं। डार्क मैटर के कण केवल गुरुत्वाकर्षण के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इसलिए, उन्हें आकाशगंगाओं के चारों ओर वर्गीकृत किया गया है (यह कहना अधिक सही होगा कि साधारण पदार्थ अंधेरे पदार्थ के गुच्छों के चारों ओर समूहित होते हैं) और आकाशगंगा में जन वितरण को विकृत करते हैं।



अवशेष विकिरण - यूनिवर्स में भरने वाले थर्मल थर्मल विकिरण। यह विकिरण ब्रह्मांड के विस्तार के शुरुआती चरणों में पदार्थ से अलग हो गया, जब इलेक्ट्रॉनों ने प्रोटॉन और गठित हाइड्रोजन परमाणुओं (पुनर्संयोजन) के साथ संयुक्त किया। तब यूनिवर्स अब से 1000 गुना छोटा था। वर्तमान सीएमबी तापमान लगभग 3 K है।



WMAP प्रयोग में आकाश में सीएमबी तापमान के वितरण के हाल के उच्च-सटीक मापों ने दिखाया कि ब्रह्मांड की कुल ऊर्जा को डार्क एनर्जी (73%), डार्क मैटर (23%) और साधारण पदार्थ (4%) के बीच वितरित किया जाता है, यानी डार्क मैटर एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनाता है। कई बार दृश्यमान पदार्थ का अनुपात।



डार्क मैटर को समझाने के लिए स्टैंडर्ड मॉडल में कोई उपयुक्त कण नहीं हैं। इसी समय, कुछ सुपरसिमेट्रिक मॉडल में ठंडे अंधेरे पदार्थ की भूमिका के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार होता है, अर्थात् न्यूट्रिनो - सबसे हल्का सुपरसिमेट्रिक कण। यह स्थिर है, इसलिए बिग बैंग के बाद से ब्रह्मांड में अवशेष न्यूट्रेलिनो बच सकते हैं।



अंधेरे ऊर्जा के लिए, आधुनिक भौतिक सिद्धांतों के ढांचे में इसकी प्रकृति पूरी तरह से समझ से बाहर है। यह इक्कीसवीं सदी के भौतिकविदों के लिए एक वास्तविक चुनौती है। अंधेरे ऊर्जा को एक वैक्यूम की आत्म-ऊर्जा के रूप में व्याख्या की जा सकती है, लेकिन सैद्धांतिक अनुमानों और अंधेरे ऊर्जा के मनाया घनत्व के बीच भारी विसंगतियां हैं। वर्तमान समय में ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार - डार्क एनर्जी के अस्तित्व का परिणाम चौकाने वाला है।

MSSM

सुपरसिमेट्रिक मॉडल बनाने के लिए, एक गणितीय उपकरण विकसित किया गया था, यहां रुकने का कोई तरीका नहीं है। हालांकि, गणितीय उपकरण की जटिलता के बावजूद, सुपरसिमेट्रिक सिद्धांतों में कई सरल विशेषताएं हैं।



इनमें से एक विशेषता कणों की संख्या का दोगुना होना है। प्रत्येक कण एक सुपरपार्टनर का अधिग्रहण करता है - एक कण जिसमें बिल्कुल समान गुण होते हैं, स्पिन के अपवाद के साथ, जो 1/2 से भिन्न होता है।



स्टैंडर्ड मॉडल में कोई कण नहीं हैं जो एक दूसरे के सुपर पार्टनर हो सकते हैं। इसलिए, स्टैंडर्ड मॉडल के सुपरसिमेट्रिक एक्सटेंशन में, प्रत्येक कण अपने स्वयं के सुपरपार्टर को प्राप्त करता है - एक नया कण। न्यूनतम सुपरसिमेट्रिक मानक मॉडल (MSSM) के निर्माण के लिए कम से कम नए कणों की आवश्यकता होती है।



सुपरसिमेट्रिक मॉडलों की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता सुपरसिमेट्री का उल्लंघन है। यदि ऐसा कोई उल्लंघन नहीं होता, तो सुपरपार्टर्स में आम कणों के समान द्रव्यमान होता। हालांकि, स्टैंडर्ड मॉडल से ज्ञात कणों के द्रव्यमान वाले नए कण कभी नहीं देखे गए हैं। इसके अलावा, सुपरसिमेट्री के उल्लंघन के बिना, इलेक्ट्रोकेक समरूपता को तोड़ने का हिग्स तंत्र काम नहीं करेगा।



उच्च-ऊर्जा भौतिकी में सुपरसिमेट्रिक मॉडल लागू करने के लिए, सुपरसिमेट्री को तोड़ने की आवश्यकता होती है। उसी समय, सुपरपार्टर्स बड़े पैमाने पर अधिग्रहण कर सकते हैं, जो वर्तमान में उनके गैर-पालन की व्याख्या कर सकते हैं।



सुपरसिमिट्री ब्रेकिंग का विशिष्ट तंत्र अब अज्ञात है। यह मॉडल की अनुमानित शक्ति को काफी कम कर देता है, क्योंकि बड़ी संख्या में मुक्त पैरामीटर इसमें दिखाई देते हैं, जिसे चुनकर, आप मनमाने परिणाम प्राप्त कर सकते हैं। कुछ विचार, जैसे भव्य एकीकरण परिकल्पना, मुक्त मापदंडों की संख्या को सीमित करना संभव बनाते हैं। सुपर मॉडल मॉडल के मापदंडों पर प्रतिबंधों का अध्ययन मानक मॉडल के बाहर भौतिकी के अध्ययन में महत्वपूर्ण दिशाओं में से एक है।

सुपरसिमेट्रिक मॉडल की प्रायोगिक स्थिति

सुपर मॉडलमेट्री मानक मॉडल के दायरे से परे प्राथमिक कण भौतिकी में नए सिद्धांत की भूमिका के लिए मुख्य उम्मीदवारों में से एक है। प्रकृति में सुपरसिमेट्री की विभिन्न अभिव्यक्तियों की खोज कोलाइडर (एलईपी - बड़े इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर और टेवाट्रॉन) और कई दशकों से गैर-त्वरक प्रयोगों में कई प्रयोगों के मुख्य कार्यों में से एक रही है।



दुर्भाग्य से, परिणाम अभी भी नकारात्मक है। प्राथमिक कण भौतिकी में सुपरसिमेट्री के अस्तित्व के कोई प्रत्यक्ष संकेत नहीं हैं, हालांकि मौजूदा सुपरसिमेट्रिक मॉडल आमतौर पर मौजूदा सैद्धांतिक और प्रायोगिक आवश्यकताओं द्वारा निषिद्ध नहीं हैं।



LHC (लार्ज हैड्रोन कोलाइडर) CERN में निर्मित एक नया त्वरक है। इसकी ऊर्जा वर्तमान अमेरिकी त्वरक टेवाट्रॉन की ऊर्जा से सात गुना अधिक है। अधिकांश सुपरसिमेट्रिक मॉडलों में, नए कणों का द्रव्यमान LHC द्वारा सुलभ क्षेत्र में होता है। LHC पर हिग्स बोसोन और सुपरसिमेट्रिक कणों की खोज की जाएगी। नए प्रयोगों में, कम ऊर्जा वाले सुपरसिमेट्री को या तो पता लगाया जाएगा या समाप्त किया जाएगा।



हालांकि सुपरसिमेट्री को प्रायोगिक रूप से नहीं खोजा गया है, अब विभिन्न सुपरस्मेट्रिक मॉडल की जांच की जा सकती है। सबसे पहले, मॉडल को बाहर रखा जाना चाहिए जिसमें नए कणों में पर्याप्त बड़े द्रव्यमान नहीं हैं, जो वर्तमान में प्रयोगात्मक रूप से बंद हैं। दूसरे, स्टैंडर्ड मॉडल के कुछ प्रयोगात्मक डेटा और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के बीच विसंगतियों को सुपरसिमेट्रिक कणों के योगदान से समझाया जा सकता है और इस दृष्टिकोण से, कुछ सुपरसिमेट्रिक मॉडल दूसरों के लिए बेहतर हैं।



उच्च-ऊर्जा भौतिकी के कई विशेषज्ञ सुपरसिमेट्रिक मॉडल के विभिन्न संस्करणों और उनके परिणामों की खोज कर रहे हैं। यह संभव है कि इनमें से एक मॉडल LHC त्वरक पर पुष्टि की जाएगी।