Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Gravitatiefysica (Duitsland) en de Universiteit van Warschau (Polen) hebben het standaardmodel van deeltjesfysica uitgebreid met zwaartekracht. De nieuwe theoretische constructie, die misschien wel de laatste Theory of Everything blijkt te zijn, voorspelt het bestaan van deeltjes met ongebruikelijke eigenschappen. Dit werd aangekondigd in een persbericht op Phys.org.
De eigenschappen van bekende elementaire deeltjes worden beschreven door het standaardmodel, dat experimenteel wordt bevestigd, maar een aantal fysische verschijnselen niet kan verklaren (bijvoorbeeld de oorsprong van massa, neutrino-oscillaties en de oorsprong van donkere massa). Bovendien beschrijft het standaardmodel elektromagnetische, zwakke en sterke interacties, maar omvat het geen zwaartekracht. Met andere woorden, het is in strijd met de algemene relativiteitstheorie bij het beschouwen van verschijnselen zoals de oerknal of het bestaan van een waarnemingshorizon van een zwart gat.
Om dit probleem op te lossen, hebben wetenschappers verschillende hypothetische principes voorgesteld die verband houden met de zogenaamde nieuwe fysica. Volgens een van hen - supersymmetrie - komt elk bekend elementair deeltje overeen met een superpartner met een zwaardere massa. Dus hypothetische fermionen komen overeen met bekende bosonen en bosonen met bekende fermionen. Wanneer de principes van de algemene relativiteitstheorie en supersymmetrie worden gecombineerd, verdwijnen enkele van de tegenstrijdigheden die ontstaan wanneer men de zwaartekracht in de kwantummechanica probeert op te nemen. Deze fysische theorie wordt superzwaartekracht genoemd. Volgens sommige wetenschappers is superzwaartekracht de theorie van alles, die alle bekende fundamentele interacties beschrijft.
Er was echter een probleem bij het combineren van superzwaartekracht met het standaardmodel. De voorspelde waarden van de lading van elementaire deeltjes verschoven met 1/6 ten opzichte van de waargenomen waarden (de theorie voorspelde dat het elektron een lading zou hebben niet -1, maar - 5/6). Om dit probleem op te lossen, hebben wetenschappers de U (1) -symmetriegroep aangepast, waardoor de elektromagnetische interactie in supersymmetrie kan worden geschreven. Dit maakte het mogelijk om symmetrieën te verkrijgen voor de elektromagnetische U (1) en sterke interactie SU (3), bekend uit het Standaardmodel. Maar deze wijziging hield geen rekening met de SU (2) symmetrie voor de zwakke interactie.
In een nieuw werk hebben wetenschappers aangetoond dat de zwakke interactie in de theorie kan worden geschreven via de oneindige symmetriegroep E10. Het gebruik van deze wiskundige tool in plaats van SU (2) symmetrie voorspelt nauwkeurig het aantal fermionen in het standaardmodel en de elektrische ladingen van deeltjes, aldus de onderzoekers. Ze legt uit waarom de zoektocht naar New Physics-deeltjes bij de Large Hadron Collider niet succesvol is geweest. Bovendien voorspelt het het bestaan van deeltjes met volledig nieuwe eigenschappen, waarvan sommige kunnen worden gedetecteerd met moderne apparatuur.
