La teoría propone que cada partícula fermión fundamental tiene un más pesado bosón supercompañero (y viceversa para cada bosón fundamental) y, al hacerlo, ofrece una extensión del modelo estándar de física de partículas que soluciona muchos de sus problemas. Ninguna de las partículas conocidas parecen ser supercompañeras, sin embargo, esto lleva a una conclusión de enormes proporciones que, si la supersimetría es correcta, hay más del doble de las partículas fundamentales que pensábamos, pero sólo nos hemos quedado con las más ligeras compañeras, es decir , se rompió la supersimetría.
El gran número de desconocidos supercompañeros masivos ha hecho difícil para los teóricos el diseñar los experimentos en la búsqueda de la rotura de la supersimetría, pero un documento teórico que aparece en la revista Physical Review Letters por Partha Konar y sus colegas de la Universidad de Florida en los EE.UU intenta simplificar el problema de una manera que es más útil para los experimentadores . Identifican (nueve factorial) 9! = 362, 880 maneras en que las supercompañeras masivas se pueden ordenar desde las más pesadas a las más ligeras y discuten las características experimentales observables de ciertas "clases" de clasificación de masas (ver fig). Konar señala que el pequeño , pero no despreciable número de estos patrones rompiendo la supersimetría deberían tener señales dramáticas en las cadenas de desintegración que siguen a las colisiones de partículas a altas energía.
en la parte de arriba de la imágen se muestra las colisiones protón-protón en el LHC las cuáles podrían producir el supercompañero bosónico pesado del quark (el quark escalar) Q.La cascada de desintegraciones de la partícula Q produce 4 leptones (l=e, μ o τ) asi como tambien un quark jet (q) y energía faltante asociada con el inobservado compañero fermiónico de la partícula Higgs (H). La Q es producida en asociación con un antiquark escalar el cual podría el mismo desintegrarse en 4 leptones conduciendo a un posible total de 8 leptones .Las líneas discontinuadas y fijas representan partículas bosónicas y fermiónicas respectivamente mientras la fuertemente interactuantes partículas están en rojo .En la parte baja de la imágen se muestra una de las posible jerarquías de masas de las supercompañeras que conduciría a la desintegración de 2 partículas coloreadas(en este caso 2 partículas Q) y produce 8 leptones aislados.CréditoInstitute for Advanced Study, Einstein Drive, Princeton.
En los últimos 40 años, los físicos de partículas han desarrollado el espectacularmente éxitoso "modelo estándar" de las interacciones, fuerte,débil y electromagnética. El modelo estándar es una matemáticamente consistente teoría de campo. La mayoría de sus aspectos han sido rigurosamente probados, y es casi seguro que es aproximadamente una correcta descripción de la naturaleza, hasta una escala de distancia 1 / 1000 el tamaño del núcleo atómico. Sin embargo, pocos físicos creen que el modelo estándar es la historia final. El modelo no explica algunas de las observaciones más fundamentales de la física moderna, incluyendo por qué las partículas que transportan e interactúan a través de la fuerza electrodébil tienen masa, la presencia de materia oscura y energía oscura en el universo, y el exceso de materia sobre la antimateria . Tampoco el modelo estándar incorpora una teoría cuántica de la gravedad. Una última cuestión se refiere a la estética: el modelo estándar es arbitrario y complicado, y contiene muchos parámetros ya sea que son libres (tales como las masas de los quarks y leptones) y tienen que ser determinados experimentalmente, o que requieren de ajuste ( como el valor de la energía del vacío, que es infinitamente pequeña en las escalas de la física de partículas). El modelo también tiene la característica inexplicable que predice la existencia de dos versiones más pesadas del electrón (la tau y el muón) y los quarks que componen los nucleones (el encanto, extraño, superior, y abajo). La mayor parte de la actividad experimental y teórica en física de partículas de alta energía está por lo tanto ya sea dirigida hacia la comprensión de las masas de las partículas electrodébil (por ejemplo, la búsqueda de la partícula de Higgs) o la búsqueda de una teoría aún más fundamental que subyace para subsanar las deficiencias del modelo estándar.
La supersimetría es una extensión del modelo estándar que es especialmente prometedora. La teoría tiene una serie de ventajas que compensan el hecho de que introduce más del doble del número de partículas fundamentales. Para empezar, la supersimetría es, bajo razonables hipótesis, la extensión única de Lorentz y de simetrías de traslación del espacio-tiempo en una teoría de campo local. Además, mientras que el modelo estándar introduce grandes "correcciones radiactivas," que tienden a vaciar la enorme diferencia ("jerarquía " ) en las energías asociadas con la fuerza electrodébil y las escalas de Planck(de la gravedad) la supersimetría anula estas correcciones, por eso se dice que "protege" la jerarquía de las energías. Las nuevas partículas supersimétricas permiten una unificación simple de las intensidades de las interacciones fuerte, débil y electromagnética cuando se extrapolan a altas energías. No menos importante es que la mayoría de las versiones de la supersimetría implican nuevas partículas que podrían ser las partículas que constituyen la materia oscura cosmológica. Por último, la supersimetría permite una conexión posible a la gravedad cuántica a través de la Teoría de Supercuerdas.
Limitaciones experimentales sugieren que las masas de la mayoría de las partículas supercompañeras tendría que superar cientos de GeV, pero no es probable que sean mucho más alto que unos pocos TeV , si la supersimetría “protege” la escala electrodébil. Esta ventana de energías está también al alcance del LHC. Para mantener las características deseables de la teoría, el quiebre de la supersimetría tiene que ocurrir de una manera que no se pueda observar directamente, es decir, la dinámica de la rotura de la supersimetría debe ocurrir en algún "escondido" sector de la naturaleza que se comunica con las partículas ordinarias a través de la interacción débil. (Esto ocurre a menudo cuando la supersimetría se desprende de una subyacente teoría de las supercuerdas.) Ejemplos concretos de la comunicación se han discutido en el contexto de la gravedad (supergravedad) o las interacciones del modelo estándar de algunas nuevas muy pesadas partículas (mediación gauge). Para más información, ver aquí.
Hay muchas teorías posibles de rotura de la supersimetría y un estudio general de las consecuencias implicaría del orden de 100 parámetros libres. Por lo tanto, casi todos los estudios se han centrado en modelos específicos para romper la supersimetría (y la forma en que este quiebre de simetría se comunica con las partículas ordinarias), por lo general con otras hipótesis simplificadoras para limitar el número de parámetros. Un pequeño número de ejemplos de"referencia" se han examinado más cuidadosamente. Estos estudios han sido muy útiles para obtener una idea general de la firma o señal típica experimental de la supersimetría, estableciendo límites para los casos representativos, y elaborando estrategias de búsqueda para los experimentos en el LHC y el Tevatrón, así como las búsquedas de materia oscura. Sin embargo, no representan todas las posibilidades, y es posible que el espectro real de las supercompañeras difiera cualitativamente de los ejemplos.
Varios estudios recientes ver( aquí ,aquí , aquí, aquí y aquí ) han adoptado una teoría más "imparcial" de punto de vista, y han estudiado un gran número de posibles parámetros rompiendo la supersimetría y sus implicaciones, por lo general mediante la exploración del espacio de parámetros y la aplicación de las limitaciones existentes experimentales (tales como la ausencia de ciertos decaimientos). Partha Konar y sus colegas asumen una, un tanto diferente y muy intuitiva aproximación. Ellos categorizan cada patrón de rotura de supersimetría por nueve parámetros de masa supercompañeros, correspondiente a los compañeros de los gluones (G), los bosones de la interacción débil (W y B), Quark zurdo (Q) y lepton (L) dobletes, Quark derecho y leptones (U, D, E), y las partículas de Higgs (H). Para simplificar, suponen que las dos primeras familias de leptones y quarks compañeros de cada tipo son degenerados, lo cual suprime los problemas con decaimientos raros, y la tercera familia (el lepton tau y los quarks arriba y abajo) es ignorada. Las características de las 9! Jerarquías u ordenamientos de estas masas son discutidas, especialmente los 161, 280 casos en los que los más ligeros (L, B, W, H) pueden ser eléctricamente neutrales, lo que conduce a una inobservada (falta) de energía en los eventos medidos en el LHC y un candidato a la materia oscura (suponiendo que ella se mantiene estable). Estas se clasifican de acuerdo a la posición de las más ligera partícula coloreada (G, Q, U, D) en la jerarquía ver figura, ya que estas deberían ser fuertemente producidas en pares en el LHC. Para cada uno de esos pedidos, el grupo analiza las cadenas de desintegración dominante en función del número de quarks jets , leptones, y partículas electrodébiles masivas o bosones de Higgs que deberían ser observados en los experimentos. La mayor parte de las jerarquías que ellos obtienen conducen a cadenas de desintegración dominantes similares a los de la mayoría de los familiares modelos (por ejemplo,la supergravedad), que por lo general implican múltiples chorros, falta de energía, y un pequeño número (o ninguno) de leptones y vectores masivos. Sin embargo, un número no insignificante (una fracción de uno por ciento) puede implicar señales tales como ocho leptones aislados, dos chorros, y energía que falta. Tales eventos serían espectaculares ya que serían fácil de observar y básicamente no hay antecedentes en el modelo estándar. Son estos ejemplos los que Konar estudia en mayor detalle (ver Fig).
Hay muchas otras firmas o señales de la supersimetría que Partha Konar explícitamente no discute. Una de ellas es la posibilidad de encontrar una luz gravitino (el supercompañero del gravitón) en las desintegraciones de partículas de alta energía. Otras firmas posibles incluyen desintegraciones inplicando la tercera familia del electron y los quarks (es decir,la tau y los quarks arriba y abajo), o la existencia de una luz,de neutrinos diestros (predicha por algunas teorías que explican la pequeña pero no cero masa de los neutrinos) y sus supercompañeras. Por último, existe la posibilidad de que ninguna de las supercompañeras supersimétricas sea realmente estables (rompiendo la paridad R), lo que implicaría que la materia oscura tiene un origen diferente. Los estudios teóricos "sin prejuicios" en el trabajo de Partha Konar y otros documentos ilustran la amplia gama de firmas(o señales) posibles de la supersimetría que deberían ser observables en el LHC y en otros lugares.
leer el estudio AQUÏ
fuente de la información:
http://physics.aps.org/articles/v3/98
