Un estudio publicado en Physical Review Letters anuncia la última y más exhaustiva búsqueda de evidencias de la teoría supersimétrica, la cual explica la materia oscura y unifica tres de las fuerzas fundamentales [ ver aquí ]. Según lo informado por la colaboración CMS del Gran Colisionador de Hadrones del CERN (LHC), ninguna de las partículas predichas por la supersimetría se han encontrado, lo que sugiere que la teoría es probablemente más complicada de lo que muchos habían esperado.
fig 1 , el CMS analizó las colisiones protón-protón para buscar evidencias de una cascada de desintegración en donde un gluino (g~) se desintegra en un quark (q) y un squark (q~) con una subsequente desintegración del squark en un quark y en la más ligera supercompañera una LSP.
El modelo estándar de física de partículas describe las partículas elementales (los bloques de construcción más pequeños de nuestro mundo) y las fuerzas que actúan entre ellas: la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte (que mantiene unido el núcleo atómico), y la fuerza débil, que es responsable por ciertas formas de desintegración radiactiva.Los bloques de construcción de la materia contienen los quarks (las partículas que forman los protones y neutrones) y los leptones, que incluyen al electrón.
El modelo estándar es la teoría más precisa y exitosa que se haya desarrollado, en algunos casos, la teoría y la experimentación están de acuerdo hasta en diez dígitos significativos. El único bloque de construcción que falta del modelo es el famoso-y, hasta ahora, esquivo bosón de Higgs, la partícula, la cuál se necesita para dar masa a todas las otras partículas elementales.
A pesar de su éxito, la mayoría de los físicos están convencidos de que el modelo estándar no puede ser la teoría final. El problema más evidente con el modelo es que no puede explicar la materia oscura. En los últimos diez años, varios experimentos establecieron independientemente de que la materia visible (de la cual los seres humanos, la tierra, el sistema solar, y todas las galaxias están hechas ) constituye sólo una pequeña fracción de toda la materia en el universo. Lo que constituye el resto de la materia faltante o sea la materia oscura sigue siendo uno de los grandes misterios de la física moderna.
Los teóricos han propuesto una serie de extensiones del modelo estándar. El más estudiado de ellos es el llamado modelo estándar mínimo supersimétrico (MSSM). En términos un poco simplificado el requiere que todas las partículas del modelo estándar esten acompañadas de una partícula supersimétrica pareja, que tienen un spin diferente en media unidad. Como un ejemplo, para saber si el MSSM es una descripción correcta de la naturaleza, el electrón con spin =1/2 tiene una partícula compañera con spín =0 . La más ligera de estas partículas supersimétricas compañeras, la cuál se cree sea probablemente la pareja supersimétrica del fotón, constituye un perfecto candidato para la materia oscura. Ella proporciona la cantidad correcta de materia oscura en el universo la cual se ha medido en experimentos astrofísicos. Esta partícula es acertadamente llamada LSP (más ligera partícula supersimétrica). Casi no interactúa con la materia normal, de hecho, ella podría pasar a través de la tierra sin golpear un solo átomo o desviarse de su camino. Ninguna partícula supersimétrica ha sido observada en los experimentos del acelerador de partículas. Suponiendo que existan, eso significa que son demasiado pesadas para ser producidas con la energía disponible en los aceleradores existentes.
Otra característica interesante del MSSM es la siguiente: aunque el modelo estándar describe tres fuerzas de la naturaleza, es sólo en el MSSM dónde estas tres fuerzas pueden ser fácilmente unificadas en una sola fuerza. Esto ocurre de forma natural en el MSSM a escalas de energía muy alta, de alrededor de 2*1016 veces la masa del protón, la llamada escala de la gran unificación (o GUT).
Suponiéndo que, a estas altas energías, las fuerzas se unifican y las masas de las partículas supersimétricas están también unidas (es decir, son iguales), mucho más simples versiones del MSSM se pueden construir. Uno de ellos es el MSSM restringuido(o CMSSM), pero existen muchos otros [ ver aquí ]. Incluso si nos encontramos con que el MSSM se cumple en la naturaleza, todavía tenemos que investigar cuál de los modelos supersimétricos en la escala GUT podrían ser una realidad.
Una de las tareas principales del LHC es separar los productos de las colisiones de alta energía en la búsqueda de las nuevas partículas predichas por el MSSM. El LHC, que comenzó a llevar a cabo experimentos en el 2010, consiste en un anillo de 27 kilómetros de largo, situado a unos 100 metros de profundidad. Dos haces de protones circulan dentro del anillo, uno en sentido de las manecillas del reloj,y el otro en contra.En cada uno de los cuatro puntos donde los dos rayos se ven obligados a chocar, detectores registran lo que sucede en estas energéticas colisiones. Estos cuatro detectores son los llamados ATLAS, CMS, LHCb, y ALICE .
La colaboración ATLAS informó acerca de los primeros registros sobre la búsqueda de las partículas supersimétricas a principios del 2011 [ ver aquí ]. El nuevo informe del CMS describe la búsqueda más reciente de partículas supersimétricas en colisiones protón-protón registradas hasta el verano del 2011. De acuerdo con el MSSM, la colisión de dos protones a energías suficientemente altas debería producir ya sea dos gluinos, la pareja supersimétrica del gluón (el mediador de la fuerza fuerte en el modelo estándar), o quarks escalares (los llamados squarks), los socios supersimétricos de los quarks. Los gluinos o squarks entonces decaerán en más ligeras partículas supersimétricas y quarks (ver fig. 1, que muestra la desintegración de un gluino). En el final, el LSP se produce, el cual escapa a la detección o sea es "invisible". En su análisis de los datos , el CMS buscó por la producción al mismo tiempo de muchos quarks, junto con energía "invisible" o "ausentes" que sería llevada lejos por las LSP, una de las firmas clásicas de las teorías supersimétricas, especialmente de la CMSSM. Sin embargo, ninguna de esas señales (más allá de lo que ya está predicho por el modelo estándar) han sido vistas por el experimento CMS.
Es importante darse cuenta de que los resultados del CMS no excluyen las teorías supersimétricas. Por el contrario, sólo de manera concluyente dicen una de dos cosas. Una posibilidad es que el CMSSM (la versión especializada de la MSSM) se produce en la naturaleza, pero las partículas supersimétricas compañeras, los gluinos y squarks, son relativamente pesadas demasiado pesadas para ser producidas en grandes cantidades en el LHC hasta la fecha. En otras palabras, su masa puede ser superior a un cierto límite, establecido por el análisis experimental actual. Este límite se muestra en la fig. 4 del documento del CMS [ ver aquí ].La figura muestra el plano de los dos parámetros de masa en el CMSSM, m0 para partículas de spin- 0 y m1/2 para partículas de spin- ½ . La línea roja indica el límite experimental. Todos los valores por debajo de esta línea no se pueden producir en la naturaleza tras el análisis del CMS. Los Gluinos o squarks deben ser, por así decirlo, más pesado que alrededor de 1000 veces la masa del protón.
La otra interpretación es aún más simple: mientras que la supersimetría se realiza en la naturaleza, ella podría no tomar la forma descrita por el CMSSM, sino posiblemente la de cualquiera de los muchos modelos en la escala de la GUT. Las diferentes versiones de la supersimetría hacen predicciones diferentes para los resultados de las colisiones protón-protón de alta energía. Muchos de estos resultados son más complicados que lo que se muestra en la fig. 1, y al verlos se requerirían más experimentos para investigar muchos más colisiones (y para su estudio por más tiempo). En consecuencia, en estos otros modelos, sólo será posible colocar límites mucho más débiles en la masa de las partículas nuevas (hasta ahora, sin embargo, ese análisis especializado no se ha llevado a cabo).
Mientras que la supersimetría permanezca como uno de los más calientes candidatos para la ampliación muy necesaria del modelo estándar, los físicos podrían tener que aceptar que no se realiza en su forma más simple. La búsqueda de partículas supersimétricas en el LHC ha solo empezado. Para dibujar un panorama más claro, muchas más colisiones protón-protón tendrán que ser estudiadas. En este momento, el campo de la física de partículas elementales está en una de sus etapas más emocionantes de la historia.
artículo del físico Sven Heinemeyer para physics.aps.
fuente de la información:
http://physics.aps.org/articles/v4/98
