El modelo estándar (SM) de la física de partículas ha sido un éxito increíble, pero pocos físicos creen que es la historia final. El modelo no explica por qué las partículas tienen masa, la presencia de materia oscura y energía oscura en el universo, o el exceso de materia sobre la antimateria. Tampoco el modelo estándar incorpora una teoría cuántica de la gravedad. Entre las muchas teorías que van más allá del modelo estándar, son pocas las que son lo suficientemente convincentes que justifiquen un conjunto amplio y sistemático de registros para verificar si se realizan en la naturaleza. La supersimetría (SUSY) es una teoría de este tipo [ ver aquí y aquí]. Esencialmente, Susy es una teoría que predice una simetría, que aún no ha sido observada entre fermiones y bosones. Por ejemplo, cada uno de los quarks y los leptones tienen una contraparte bosónica, a menudo llamadas squarks y sleptons, y estas y otras "spartículas" se pueden buscar en las colisiones de alta energía en el LHC.
A costa de la predicción de un conjunto de nuevas partículas, SUSY proporciona una solución para una serie de problemas del modelo estándar. Por ejemplo, el modelo estándar predice un valor divergente para la corrección de la masa del bosón de Higgs, pero SUSY ofrece una manera de evitar este problema, siempre y cuando las spartículas no sean demasiado pesadas [ ver aquí, aquí y aquí ]. Otra posibilidad emocionante es que SUSY proporciona una manera de unificar las constantes de acoplamiento de las diferentes fuerzas, a muy alta energía. No hay un requisito apriori de que esto deba ocurrir, pero la unificación potencial de las fuerzas electrodébil y fuerte tiene una elegancia que es tentadora [ ver aquí]. Muchas versiones de SUSY tienen una ley de conservación extra que prohibiría el decaimiento de la partícula más ligera SUSY (neutralino). No sólo esta partícula se convertiría en un candidato a materia oscura, sino en este contexto SUSY se puede utilizar para proporcionar un cálculo completo tanto de la física del universo temprano así como de la densidad de la materia oscura reliquia, un problema central en la cosmología moderna [ ver aquí y aquí]. Por último, SUSY permite una conexión posible a la gravedad cuántica a través de la Teoría de Supercuerdas.
clasificación de las partículas supersimétricas como las predice SUSY la supersimetría dobla el número de partículas asignándole a cada fermión un bosón masivo como supercompañero y viceversa, el LHC del CERN tendrá a su cargo el recoger la antorcha que dejará el Tevatrón cuando salga de funcionamiento y deberá proseguir en la búsqueda para validar o no a la supersimetría como una realidad de la naturaleza.
Aunque una búsqueda para todas las versiones posibles de SUSY probablemente no sea posible, el LHC y sus detectores gigantes fueron diseñados para ser muy sensible a los modelos más convincentes.Las restricciones experimentales y sugerencias de la teoría ayudan a reducir el espacio de parámetros para la caza de las nuevas partículas. Los modelos de materia oscura de la cosmología favorecen una interacción débil de las partículas neutras en un rango de masas de 100 GeV/c2 . La no observación de spartículas por parte de los aceleradores del Fermilab y el LEP operando en la anterior frontera de alta energía sugiere que las masas de la mayoría de las más pesadas partículas supercompañeras tendrían que superar los cientos de GeV [ ver aquí ]. Por otra parte, las spartículas no es probable que sean mucho más altas que unos pocos TeV , si SUSY ofrece un medio para corregir la masa del bosón de Higgs. En su conjunto, no es descabellado pensar que podemos haber entrado en una ventana de oro de oportunidades ya que las masas de las spartículas bien pueden estar al alcance del LHC.
En el 2010, el LHC comenzó a producir colisiones protón-protón de alta energía y los detectores CMS y ATLAS comenzarón a recoger datos. No fue una inundación de datos para estar seguro (los experimentos del Fermilab por ejemplo han estudiado más de 250 veces más colisiones), pero la mayor energía de colisión en el LHC (más de 3. 5 veces más alta) debería de hacer mucho más fácil la producción de las spartículas deseadas. Una nueva era largamente esperada en la física de partículas ha comenzado oficialmente.
Los desafíos experimentales para poner a prueba incluso una versión sencilla de SUSY son enormes, y la literatura está repleta de opciones razonables. Dado un número semi-infinito de posibles estados finales para el estudio y los recursos limitados (y un tiempo crítico en la carrera para obtener resultados), los experimentadores han optado por empezar por centrarse en una de las más directa versiones bien estudiadas de SUSY que cumpla todos los criterios anteriores. Esta versión, que es el modelo mínimo de SUSY que también incluye el gran potencial de la unificación con la gravedad, se conoce como supergravedad mínima o mSUGRA por sus siglas [ ver aquí ,aquí,aquí y aquí]. Desde el punto de vista puramente práctico, tiene la gran ventaja de estar bien descrita por sólo unos pocos parámetros.
Si mSUGRA se realiza en la naturaleza, y las masas son lo suficientemente bajas, la enorme energía del LHC debería ser capaz de producir versiones supersimétricas de los quarks y gluones (conocido como squarks y gluinos) en grandes cantidades. Estas spartículas deberían entonces decaer rápidamente, y en función de cómo lo hacen, sus productos de desintegración pueden ser identificados por los detectores. Por ejemplo, los quarks y gluones (los cuales producen chorros de hadrones, simplemente conocidos como chorros) se pueden identificar, y lo mismo es cierto para los bosones vectoriales tales como Ws y Z, que se desintegran en los leptones conocidos (electrones, muones,o taus), o quarks (más chorros). Además de estas partículas conocidas, cada spartículas eventualmente decaería en la más ligera de las partículas supersimétricas la cual por una ley de conservación, será estable y, si es la materia oscura,será neutral y débilmente interactuánte. Por lo tanto, debería salir del detector sin interactuar con cualquier cosa. Esta firma de pistola humeante se conoce como energía "desaparecida o faltante". Dado que hay muchas formas en que las partículas SUSY pueden decaer, hay muchas combinaciones de estados finales para las partículas producidas; las colaboraciones buscan todas estas combinaciones. Por ejemplo, el CMS informó en su búsqueda de eventos con energía faltante y con una gran cantidad de chorros [ ver aquí ], mientras que el Atlas informó en su búsqueda de un leptón, energía faltante, y grán número de chorros[ ver aquí ]. Hay un montón de otros modos "dorados" de búsqueda, incluyendo múltiples leptones, chorros, y energía faltante, y los resultados de todos ellos se encuentran en camino.
Por desgracia, los datos hasta ahora son compatibles con un mundo descrito por el modelo estándar solamente. Si bien es siempre más excitante hacer un descubrimiento, un explorador debe informar sobre la sensibilidad de su búsqueda con el fin de hacer su expedición más útil a su comunidad. Como es típico en la búsqueda de SUSY, ambas colaboraciones(CMS y Atlas) colocan el 95% de nivel de confianza a los límites como una forma de transmitir la sensibilidad de su búsqueda. A modo de comparación, los más sensibles límites del Tevatron del Fermilab, en modelos comparables, pero en un solo punto en el espacio de parámetros se obtuvieron a energías de colisión de sólo alrededor de 2 TeV , pero con 100 veces más datos y excluyeron los squarks con una masa inferior a 400 GeV/c2 [ ver aquí ]. En otras palabras, aunque no se puede decir con seguridad que un squarks o gluino no existe con una masa de 400 GeV, lo que podemos decir es que si existieron dentro de ese modelo, entonces, en el 95% de los experimentos ellos debieron haber sido observados . Dado que no estaban, fueron excluidos de este nivel. En el resultado del ATLAS, los squarks fueron excluidos hasta 700 GeV/c2 en ciertos modelos [ veraquí ].El CMS reportó una sensibilidad comparable en similares, pero no idénticos modelos [ ver aquí ].
Para este tipo de búsqueda de SUSY, la antorcha ha sido completamente pasada desde Fermilab para el LHC. Si bien no hay garantía de que SUSY será descubierta en el LHC, la mayoría de los físicos piensan que la mayor parte del espacio de energía favorecido está dentro de su alcance final. Con muchos resultados del 2010 en secreto, más los datos que vienen este año al doble de la energía de colisión y tal vez 1000 veces más en un futuro no muy lejano, no es descabellado pensar que el LHC permitirá a los equipos experimentales que trabajan allí ,descubrir a SUSY si tiene una masa de 2 TeV/c2 (o menos) o sino decir "Tal vez no es correcta." la historia nos enseña que los grandes descubrimientos vienen de grandes herramientas nuevas, esperemos que la historia esté de nuestro lado de una manera u otra.
fuente de la información:
http://physics.aps.org/articles/v4/27
