Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Deutschland) und der Universität Warschau (Polen) haben das Standardmodell der Teilchenphysik um die Schwerkraft erweitert. Die neue theoretische Konstruktion, die sich als endgültige Theorie von Allem herausstellen könnte, sagt die Existenz von Partikeln mit ungewöhnlichen Eigenschaften voraus. Dies wurde in einer Pressemitteilung auf Phys.org angekündigt.
Die Eigenschaften bekannter Elementarteilchen werden durch das Standardmodell beschrieben, das experimentell bestätigt wird, jedoch eine Reihe physikalischer Phänomene (z. B. den Ursprung der Masse, Neutrinoschwingungen und den Ursprung der dunklen Masse) nicht erklären kann. Darüber hinaus beschreibt das Standardmodell elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkungen, schließt jedoch die Schwerkraft nicht ein. Mit anderen Worten, es widerspricht der allgemeinen Relativitätstheorie, wenn Phänomene wie der Urknall oder die Existenz eines Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs betrachtet werden.
Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler verschiedene hypothetische Prinzipien vorgeschlagen, die sich auf die sogenannte Neue Physik beziehen. Nach einem von ihnen - Supersymmetrie - entspricht jedes bekannte Elementarteilchen einem Superpartner mit einer schwereren Masse. Somit entsprechen hypothetische Fermionen bekannten Bosonen und Bosonen bekannten Fermionen. Wenn die Prinzipien der allgemeinen Relativitätstheorie und der Supersymmetrie kombiniert werden, verschwinden einige der Widersprüche, die beim Versuch entstehen, die Schwerkraft in die Quantenmechanik einzubeziehen. Diese physikalische Theorie nennt man Supergravitation. Nach Ansicht einiger Wissenschaftler ist Supergravitation die Theorie von Allem, die alle bekannten fundamentalen Wechselwirkungen beschreibt.
Beim Versuch, die Supergravitation mit dem Standardmodell zu kombinieren, gab es jedoch ein Problem. Die vorhergesagten Werte der Ladung von Elementarteilchen verschoben sich gegenüber den beobachteten Werten um 1/6 (die Theorie sagte voraus, dass das Elektron eine Ladung nicht -1, sondern - 5/6 haben sollte). Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler die U (1) -Symmetriegruppe modifiziert, dank derer die elektromagnetische Wechselwirkung in die Supersymmetrie eingeschrieben werden kann. Dies ermöglichte es, Symmetrien für das elektromagnetische U (1) und die starke Wechselwirkung SU (3) zu erhalten, die aus dem Standardmodell bekannt sind. Diese Modifikation berücksichtigte jedoch nicht die SU (2) -Symmetrie für die schwache Wechselwirkung.
In einer neuen Arbeit haben Wissenschaftler gezeigt, dass die schwache Wechselwirkung durch die unendliche Symmetriegruppe E10 in die Theorie geschrieben werden kann. Die Verwendung dieses mathematischen Werkzeugs anstelle der SU (2) -Symmetrie sagt die Anzahl der Fermionen im Standardmodell und die elektrischen Ladungen der Teilchen genau voraus, sagten die Forscher. Sie erklärt, warum die Suche nach neuen Physikpartikeln am Large Hadron Collider nicht erfolgreich war. Darüber hinaus wird die Existenz von Partikeln mit völlig neuen Eigenschaften vorhergesagt, von denen einige mit modernen Geräten nachgewiesen werden können.
