O que é supersimetria?

Mais rápido que uma bala em alta velocidade! Mais poderosa do que uma locomotiva! Capaz de saltar edifícios altos em um único salto! Ora, é supersimetria, é claro. (SUSY, se você preferir sua personalidade mais fofa e incógnita.) De todos os super-heróis que temos no universo, a supersimetria pode ser a que nos salvará da aniquilação total. Não porque luta contra bandidos ou supera vilões, mas porque pode explicar como as partes mais pequenas e elementares do cosmos funcionam. Desbloqueie o universo, e quem sabe contra o que podemos nos defender.

Quem é o nosso herói inteligente? Nossa heroína musculosa? Bem, é mais o tímido Peter Parker do que o suave Homem-Aranha. Na verdade, é um princípio - concebido para preencher as lacunas de outra estrutura - que os físicos estão começando a temer que não seja tão forte quanto parece. A supersimetria pode finalmente ter encontrado seu par, e o Grande Colisor de Hádrons é a arena onde pode dar seu último suspiro.

Primeiro, um passo para trás. O Modelo Padrão é o que os físicos usam hoje para entender os rudimentos do universo. Ele define as partículas fundamentais, bem como as quatro forças que interagem com as partículas para manter o universo funcionando. Essas partículas incluem quarks e léptons: você pode estar familiarizado com prótons e nêutrons da família dos quarks e elétrons e neutrinos como léptons. As forças são fortes, fracas, eletromagnéticas e gravitacionais.

O Modelo Padrão também diz que cada uma dessas forças tem uma partícula correspondente (ou bóson). Ao trocar bósons entre si, a matéria pode transferir energia entre si [fonte: CERN ]. E aqui está algo realmente conveniente: todas as partículas do Modelo Padrão foram encontradas, incluindo - não muito tempo atrás - o bóson de Higgs . O Higgs compõe um campo de Higgs maior, que transfere massa para as partículas.

Ora aqui está uma coisa estranha. Se o Modelo Padrão estiver correto, isso significa que o campo de Higgs dá às partículas subatômicas sua massa. Mas não diz quais são as massas, nem explica por que o bóson de Higgs seria leve - deveria ser muito, muito pesado se as outras partículas do Modelo Padrão estivessem interagindo com ele da maneira prevista.

É aí que entra a supersimetria. Como o pessoal do Fermilab nos lembra, a supersimetria é um princípio, não uma teoria, o que significa que existem muitas teorias supersimétricas que diferem em vários pontos. Todos eles, no entanto, apresentam equações supersimétricas que tratam a matéria e as forças de forma idêntica [fonte: Fermilab ]. Sim, matéria e força podem ser trocadas.

Como pode ser esse ato de equilíbrio? A supersimetria diz que cada partícula descrita no Modelo Padrão tem um superparceiro com uma massa diferente. Assim, cada partícula de matéria conhecida (ou férmion ) tem uma partícula de força (ou bóson ) e vice-versa. Um elétron é um exemplo de um férmion, enquanto um fóton é um exemplo de um bóson. Uma das propriedades mais úteis dos superparceiros seria que eles realmente cancelariam a massa muito, muito grande que o Modelo Padrão prevê que o Higgs teria. O que soa fantástico, porque ei -- encontramos o Higgs, e não era tão grande. A supersimetria está viva! Viva a supersimetria!

Uh, mas você pode querer esperar porque aqui está um grande problema com a supersimetria e os superparceiros: nós não os vimos. Embora seja ótimo encontrar o Higgs na massa que a supersimetria prevê, também deveríamos estar vendo todas essas partículas superparceiras. E depois de operar o Grande Colisor de Hádrons por anos, não o fizemos.

Sim, sim, é um pouco difícil justificar apegar-se à supersimetria. Estamos assumindo que todos esses superparceiros existem porque o Modelo Padrão faria mais sentido se existissem. Parece ciência ruim, certo?

Bem, não tão rápido. A supersimetria responderia mais do que apenas a questão de Higgs, e ser capaz de resolver vários problemas com uma solução é atraente para os cientistas [fonte: Fermilab ]. Por exemplo, os físicos não entenderam por que as galáxias giram tão rápido, dada sua massa significativa, então eles postularam uma nova matéria – matéria escura – para resolver o problema. Então eles encontraram um problema maior: se a matéria escura existe, do que ela é feita? Nós nunca tínhamos visto, então não poderíamos dizer o que compõe o material misterioso. A supersimetria resolve esse problema, porque a partícula supersimétrica mais leve se encaixaria totalmente na conta da matéria escura.

Outro benefício que a supersimetria proporcionaria? Que as três forças que entendemos em escala subatômica (forte, fraca e eletromagnética) podem ser entendidas como parte de uma força unificadora. Enquanto o Modelo Padrão diz que as forças se tornam semelhantes em energias muito altas, a supersimetria prevê que as três forças se unem em uma única energia [fonte: Fermilab ]. Agora, isso não é necessário para fazer "sentido", mas - como dissemos - os físicos gostam de soluções naturais e elegantes. A supersimetria criaria exatamente o tipo de solução que os físicos desejam quando se trata da questão das forças unificadoras.

Mais uma vez, devemos ser lembrados de que tudo isso é em vão se não encontrarmos esses superparceiros. Se não conseguirmos encontrá-los, não temos nenhuma explicação para a massa do bóson de Higgs, a matéria escura ou a unificação de forças. Mas estamos chamando a hora da morte em supersimetria antes de darmos a chance de lutar.

Porque a esperança pode estar a caminho, na forma de uma enorme explosão de prótons. Isso mesmo, nossas esperanças ainda estão com o Large Hadron Collider, o acelerador de partículas que foi responsável por encontrar evidências do bóson de Higgs em 2012. Embora encontrar o Higgs tenha sido sem dúvida um grande negócio para os defensores da supersimetria - e físicos em geral - o que eles realmente esperavam era encontrar um monte de partículas. Mais especificamente, um monte desses superparceiros indescritíveis que nos levariam a entender que a supersimetria é realista.

Não é exagero dizer que encontrar apenas o Higgs (e não quaisquer outros superparceiros) no LHC representou uma crise no mundo da física. Afinal, para a massa de Higgs fazer sentido, os superparceiros deveriam ter sido encontrados aproximadamente no mesmo local [fonte: Wolchover ]. O LHC está programado para ligar novamente em 2015, colidindo prótons em energias ainda mais altas para encontrar superparceiros em massas mais altas. Infelizmente, isso não resolve o problema: mesmo que eles encontrem superparceiros com massa pesada, os efeitos muito convenientes da supersimetria - que cancelariam a massa superpesada do Higgs - não funcionariam tão bem [fonte: Wolchover ]. Então, mais uma vez, estaríamos presos em uma rotina de supersimetria.

Mas, como as pessoas notaram, a supersimetria é um princípio, não uma teoria. Em alguns cenários supersimétricos, o Grande Colisor de Hádrons não poderia ter detectado os superparceiros, devido às limitações dos experimentos e sua incapacidade de detectar partículas menos estáveis ​​[fonte: Wolchover ]. Então, enquanto a supersimetria provavelmente precisa correr para a sala rapidamente com uma boa desculpa para estar tão atrasado, ainda não é hora de fechar a porta.

Nota do autor: O que é supersimetria?

Esses superparceiros MIA estão realmente começando a assustar alguns físicos. Seria um grande problema se nunca os víssemos, porque a física de partículas precisa desesperadamente de teorias testáveis. Sem superparceiros - ou pelo menos, nenhuma maneira de verificá-los em nosso universo - teríamos que encontrar alguma outra solução testável para alguns dos buracos do Modelo Padrão.

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