Cos'è la supersimmetria?

Più veloce di un proiettile! Più potente di una locomotiva! In grado di saltare edifici alti in un solo balzo! Perché, è supersimmetria ovviamente. (SUSY, se preferisci la sua personalità più carina e in incognito.) Di tutti i supereroi che abbiamo nell'universo, la supersimmetria potrebbe essere quella che ci salverà dall'annientamento totale. Non perché combatta i cattivi o supera in astuzia i cattivi, ma perché potrebbe semplicemente spiegare come funzionano le parti più piccole ed elementari del cosmo. Sblocca l'universo e chissà da cosa possiamo difenderci.

Chi è il nostro eroe intelligente? La nostra eroina muscolosa? Bene, è più il topo Peter Parker che il soave Spider-Man. In realtà è un principio - concepito per riempire i buchi di un'altra struttura - che i fisici cominciano a temere non sia forte la metà di quanto sembra. La supersimmetria potrebbe aver finalmente incontrato la sua corrispondenza e il Large Hadron Collider è l'arena in cui potrebbe fare il suo ultimo sussulto.

Innanzitutto, un passo indietro. Il Modello Standard è ciò che i fisici oggi usano per comprendere i rudimenti dell'universo. Definisce le particelle fondamentali, così come le quattro forze che interagiscono con le particelle per mantenere l'universo in movimento. Queste particelle includono quark e leptoni: potresti avere familiarità con protoni e neutroni della famiglia dei quark ed elettroni e neutrini come leptoni. Le forze sono forti, deboli, elettromagnetiche e gravitazionali.

Il Modello Standard dice anche che ciascuna di queste forze ha una particella (o bosone) corrispondente. Scambiando i bosoni tra loro, la materia può trasferire energia tra loro [fonte: CERN ]. Ed ecco qualcosa di veramente conveniente: è stata trovata ogni particella nel Modello Standard, incluso - non molto tempo fa - il bosone di Higgs . L'Higgs costituisce un campo di Higgs più ampio, che trasferisce massa alle particelle.

Ora ecco una cosa strana. Se il Modello Standard è corretto, significa che il campo di Higgs fornisce alle particelle subatomiche la loro massa. Ma non dice quali siano le masse, né spiega perché il bosone di Higgs sarebbe leggero -- dovrebbe essere davvero molto pesante se le altre particelle del Modello Standard interagiscono con esso nel modo previsto.

È qui che entra in gioco la supersimmetria. Come ci ricordano le persone del Fermilab, la supersimmetria è un principio, non una teoria, quindi ciò significa che ci sono molte teorie supersimmetriche che differiscono su vari punti. Tutti loro, tuttavia, presentano equazioni supersimmetriche che trattano la materia e le forze in modo identico [fonte: Fermilab ]. Sì, materia e forza possono essere scambiate.

Come può essere quell'atto di bilanciamento? La supersimmetria dice che ogni particella descritta nel Modello Standard ha un superpartner con una massa diversa. Quindi ogni particella di materia nota (o fermione ) ha una particella di forza (o bosone ) e viceversa. Un elettrone è un esempio di fermione, mentre un fotone è un esempio di bosone. Una delle proprietà più utili dei superpartner sarebbe che annullerebbero effettivamente la massa davvero, davvero grande che il Modello Standard prevede che avrebbe Higgs. Il che suona fantastico, perché ehi -- abbiamo trovato l'Higgs, e non era così imponente. La supersimmetria è viva! Viva la supersimmetria!

Uh, ma potresti voler aspettare perché qui sta un grosso problema con la supersimmetria e i superpartner: non li abbiamo visti. Sebbene sia fantastico trovare l'Higgs alla supersimmetria di massa prevista, dovremmo davvero vedere anche tutte queste particelle superpartner. E dopo aver eseguito il Large Hadron Collider per anni, non l'abbiamo fatto.

Sì, sì, è un po' difficile giustificare l'attaccamento alla supersimmetria. Diamo per scontato che tutti questi superpartner esistano perché il Modello Standard avrebbe più senso se lo facessero. Sembra una cattiva scienza, giusto?

Beh, non così in fretta. La supersimmetria risponderebbe a qualcosa di più della semplice domanda di Higgs, ed essere in grado di risolvere più problemi con un'unica soluzione è attraente per gli scienziati [fonte: Fermilab ]. Ad esempio, i fisici non capivano perché le galassie ruotano così velocemente, data la loro massa significativa, quindi hanno ipotizzato una nuova materia, la materia oscura, per risolvere il problema. Poi hanno incontrato un problema più grande: se la materia oscura esiste, di che cosa è fatta? Non l'avevamo mai visto, quindi non potevamo dire cosa compone la roba misteriosa. La supersimmetria risolve questo problema, perché la particella supersimmetrica più leggera si adatterebbe perfettamente al conto della materia oscura.

Un altro vantaggio che la supersimmetria fornirebbe? Che le tre forze che comprendiamo su scala subatomica (forte, debole ed elettromagnetica) potrebbero essere intese come parte di un'unica forza unificante. Mentre il modello standard dice che le forze diventano simili a energie molto elevate, la supersimmetria predice che le tre forze si uniscono in un'unica energia [fonte: Fermilab ]. Ora, questo non è necessario per avere un "senso", ma - come abbiamo detto - ai fisici piacciono le soluzioni naturali ed eleganti. La supersimmetria creerebbe proprio il tipo di soluzione che i fisici bramano quando si tratta della questione delle forze unificanti.

Ancora una volta, dobbiamo ricordare che tutto questo è inutile se non troviamo quei superpartner. Se non riusciamo a trovarli, non abbiamo alcuna spiegazione per la massa del bosone di Higgs, la materia oscura o l'unificazione delle forze. Ma chiamiamo l'ora della morte sulla supersimmetria prima di averle dato la possibilità di combattere.

Perché la speranza potrebbe essere in arrivo, sotto forma di una massiccia esplosione di protoni. Esatto, le nostre speranze risiedono ancora nel Large Hadron Collider, l'acceleratore di particelle che è stato responsabile della ricerca di prove del bosone di Higgs nel 2012. Anche se trovare l'Higgs è stato senza dubbio un grosso problema per i sostenitori della supersimmetria - e i fisici in generale - quello che speravano davvero era trovare un mucchio di particelle. Più specificamente, un gruppo di quei superpartner sfuggenti che ci porterebbero a capire che la supersimmetria è realistica.

Non è esagerato dire che trovare solo Higgs (e nessun altro superpartner) all'LHC ha posto una piccola crisi nel mondo della fisica. Dopotutto, affinché la massa di Higgs avesse un senso, i superpartner avrebbero dovuto essere trovati più o meno nello stesso punto [fonte: Wolchover ]. L'LHC si riaccenderà nel 2015, facendo schiantare protoni a energie ancora più elevate per trovare, si spera, superpartner a masse più elevate. Sfortunatamente, ciò non risolve del tutto il problema: anche se trovano superpartner pesanti, gli effetti molto convenienti della supersimmetria - che annullerebbe la massa super pesante dell'Higgs - non funzionerebbero altrettanto bene [fonte: Wolchover ]. Quindi, ancora una volta, saremmo bloccati in un solco di supersimmetria.

Ma come la gente ha notato, la supersimmetria è un principio, non una teoria. In alcuni scenari supersimmetrici, il Large Hadron Collider non avrebbe potuto individuare i superpartner, a causa dei limiti degli esperimenti e della loro incapacità di rilevare particelle meno stabili [fonte: Wolchover ]. Quindi, mentre la supersimmetria probabilmente ha bisogno di correre nella stanza senza fiato abbastanza rapidamente con una scusa abbastanza buona per essere così in ritardo, non è ancora il momento di chiudere la porta.

Nota dell'autore: cos'è la supersimmetria?

Questi superpartner della MIA stanno davvero iniziando a far impazzire alcuni fisici. Sarebbe davvero un grosso problema se non li vedessimo mai, perché la fisica delle particelle ha un disperato bisogno di teorie verificabili. Senza superpartner - o almeno, nessun modo per verificarli nel nostro universo - dovremmo trovare qualche altra soluzione verificabile per alcuni dei buchi del Modello Standard.

articoli Correlati