Vad är teoretiska partiklar? Definition, typer och exempel

Upptäck teoretiska partiklar: definition, typer och exempel — från tachyoner till supersymmetriska sfermioner. Lär dig vad vetenskapen förutspår men ännu inte bevisat.

Teoretiska partiklar är partiklar som forskare har antagit eller förutspått ska existera utifrån teoretiska modeller, men som ännu inte har bekräftats i experiment. En teoretisk partikel kan föreslås för att förklara observationer som inte passar in i etablerade teorier, för att göra en teori matematisk konsistent, eller som en möjlig konsekvens av en ny teori om naturens grundläggande krafter. Vissa förslag, som tachyonerna, är problematiska eftersom de skulle bryta mot flera fysikaliska lagar (till exempel orsaka kausalitetsproblem) och därför betraktas av många som osannolika. Andra teoretiska partiklar är däremot välmotiverade och föremål för aktiv experimentell sökning.

Typer och exempel

• Supersymmetriska partiklar: I teorier om supersymmetriska utvidgningar av Standardmodellen finns för varje känd partikel en partner (t.ex. sfermion för fermioner). Dessa partiklar har inte påvisats i experiment, men de kan lösa problem som hierarkiproblemet och ge kandidater för mörk materia (t.ex. neutralino).
• Axioner: Föreslagna för att lösa det starka CP-problemet i kvantkromodynamik och samtidigt vara en möjlig komponent i mörk materia. Pågående experiment söker aktivt efter axionliknande signaler.
• Graviton: Den hypotetiska kvantbäraren av gravitation i kvantgravitationsteorier. Gravitonen är teoretisk eftersom gravitation ännu inte har kvantifierats experimentellt på samma sätt som de andra krafterna.
• Magnetiska monopoler: Ensamma magnetiska laddningar (nord- eller sydpol utan motsats) dyker upp i vissa teorier och skulle förklara kvantiseringen av elektrisk laddning om de existerar.
• Sterila neutriner och andra neutrino‑utvidgningar: Extra neutrinosorter som inte deltar i standardmodellens svaga växelverkan kan förklara neutrinooscillationer, mörk materia eller baryonasyymet (överskottet av materia över antimateria).
• WIMPs och andra mörk materia-kandidater: Svagt växelverkande massiva partiklar (WIMPs) och andra föreslagna partiklar är teoretiska tills de upptäcks direkt eller indirekt.
• Tachyoner: Partiklar som skulle färdas snabbare än ljuset — ofta betraktade som omöjliga eftersom de strider mot etablerade fysikaliska lagar.
• Antipartiklar: Partiklar som finns i antimateria är inte teoretiska partiklar eftersom de har hittats i många experiment (t.ex. positronen, antiprotonen).

Hur forskare söker efter teoretiska partiklar

• Partikelkolliderare: Stora acceleratorer som LHC krockar partiklar vid höga energier för att skapa tunga hypotetiska partiklar och studera deras sönderfall.
• Direkt detektion: Känsliga detektorer för mörk materia försöker mäta kollisioner mellan mörka partiklar och atomkärnor i ett laboratorium.
• Indirekt detektion: Observationer av gammastrålning, kosmiska strålar eller antalet neutriner kan ge ledtrådar om sönderfall eller annihilation av teoretiska partiklar i rymden.
• Precisionsexperiment: Mycket noggranna mätningar av kända partiklar och krafter kan avslöja små avvikelser som kräver nya partiklar för att förklaras.
• Kosmologiska och astronomiska observationer: Mätningar av kosmisk bakgrundsstrålning, galaxers fördelning och stjärnors beteenden kan indirekt peka mot eller begränsa egenskaper hos teoretiska partiklar.

Varför teoretiska partiklar är viktiga

• De hjälper fysiker att utvidga och testa teorier bortom Standardmodellen, exempelvis för att förklara mörk materia, mörk energi eller förenkla kombinationen av kvantmekanik och gravitation.
• Upptäckten av en teoretisk partikel kan ge ny förståelse för universums uppkomst och utveckling, samt leda till oväntade teknologiska tillämpningar på längre sikt.
• Historiskt har vissa partiklar förutspåtts teoretiskt och senare påvisats experimentellt (t.ex. positronen och neutrinen), vilket visar att teorier ibland korrekt förutser nya realiteter.

Avslutande kommentarer

En partikel klassas som "teoretisk" tills experimentell observation bekräftar dess existens eller tills den teoretiska modellen kan avvisas. Det är därför en pågående process: teorier föreslås, experiment utformas, och resultaten antingen stöder, begränsar eller motbevisar de föreslagna partiklarna. Forskningen fortsätter på flera fronter — både i laboratorier på jorden och genom observationer av rymden — för att avgöra vilka av dessa teoretiska förslag som speglar verkligheten.

Frågor och svar

F: Vad är teoretiska partiklar?

F: Är tachyonerna verkliga?

Fråga: Är alla supersymmetriska partiklar teoretiska?

F: Hur förkortar man supersymmetriska partiklar?

F: Finns det några icke-teoretiska partiklar?

F: Vilken typ av lagar bryter tachyonerna mot?

Sök med bokstav