Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Testing Supersymmetry

Проверка суперсимметрии

Одно из главных предположений теории струн заключается в том, что существует фундаментальная симметрия между бозонами и фермионами, названная суперсимметрией.

Для каждого бозона существует родственный фермион, а для каждого фермиона - родственный бозон.

(Бозоны и фермионы - это типы частиц с различными спинами; глава 8 содержит больше подробностей об этих частицах.)

Поиски недостающих частиц

Согласно суперсимметрии, каждая частица имеет суперпартнёра.

У каждого бозона есть соответствующий фермионный суперпартнёр, так же, как и у каждого фермиона есть бозонный суперпартнёр.

Соглашение по названиям таково: фермионные суперпартнёры оканчиваются на "-ино", в то время как бозонные суперпартнёры начинаются на "с".

Поиск этих суперпартнёров - главная цель современной физики высоких энергий.

Проблема в том, что без завершённой версии теории струн её теоретики не знают, на каких уровнях энергии необходимо вести поиски.

Учёные должны будут продолжать исследования до тех пор, пока не обнаружат суперпартнёров, а затем работать в обратном направлении, чтобы сконструировать теорию, в которой эти суперпартнёры содержатся.

Это выглядит только немногим лучше Стандартной модели физики элементарных частиц, в которой свойства всех 18 фундаментальных частиц должны быть внесены вручную.

Также не видно и какой-либо существенной теоретической причины, почему учёные до сих пор не нашли суперпартнёров.

Если бы суперсимметрия действительно объединяла физические взаимодействия и решала проблему иерархии, то учёные могли бы рассчитывать на нахождение низкоэнергетических суперпартнёров.

(Поиски бозона Хиггса подвергались таким же вопросам в рамках Стандартной модели в течение многих лет.

И он до сих пор не был экспериментально найден.)

Вместо этого, учёные исследовали уровни энергии в несколько сотен ГэВ, но всё ещё не обнаружили каких-либо суперпартнёров.

Так же предполагается, что легчайший суперпартнёр должен быть тяжелее, чем 17 уже найденных фундаментальных частиц.

Некоторые теоретические модели предполагают, что суперпартнёры могут быть в 1000 раз тяжелее протонов, так что их отсутствие становится понятным (более тяжёлые частицы часто имеют склонность к большей нестабильности и коллапсируют в низкоэнергетические частицы, если это возможно), но по-прежнему разочаровывающим.

На данный момент лучшим кандидатом на способ поиска суперсимметричных частиц вне высоко-энергетического ускорителя частиц (смотрите позже секцию "Большой адронный коллайдер (БАД)") является идея о том, что тёмная материя в нашей вселенной может на самом деле состоять из недостающих суперпартнёров (смотрите позже секцию "Анализ тёмной материи и тёмной энергии").

Проверка следствий суперсимметрии

Если суперсимметрия существует, тогда должен существовать некий физический процесс, являющийся причиной того, что симметрия спонтанно нарушается, когда вселенная переходит из плотного высокоэнергетического состояния в текущее низкоэнергетическое состояние.

Другими словами, пока вселенная остывала, суперпартнёры должны были каким-то образом распасться на частицы, которые мы наблюдаем сегодня.

Если теоретики смогут корректно смоделировать этот спонтанный процесс разрыва симметрии, то это, возможно, даст несколько проверяемых предположений.

Главной проблемой является нечто, названное проблемой аромата.

В Стандартной модели есть три аромата (или поколения) частиц.

Электроны, мюоны и тау-частицы являются тремя различными ароматами лептонов.

В Стандартной модели эти частицы не взаимодействуют друг с другом напрямую.

(Они могут обмениваться калибровочным бозоном, так что косвенное взаимодействие существует.)

Физики присваивают каждой частице числа, основанные на его аромате, и эти числа - постоянные количества в квантовой физике.

Электронное число, мюонное число и тау-число в совокупности не меняются в процессе взаимодействия.

Электрон, к примеру, имеет положительное электронное число, но мюонное и тау числа равны нулю.

В связи с этим мюон (который имеет положительное мюонное число, но электронное число равно нулю) никогда не cможет превратиться в электрон (с положительным электронным числом, но с мюонным числом, равным нулю), и наоборот.

В Стандартной модели и в теории суперсимметрии эти числа сохраняются, и взаимодействия между различными ароматами частиц запрещены.

Однако, наша вселенная не обладает суперсимметрией - она обладает нарушенной суперсимметрией.

Нет гарантий, что нарушенная суперсимметрия будет сохранять мюонное и электронное числа, а создать теорию спонтанного нарушения суперсимметрии, которая оставит это сохранение нетронутым, на самом деле крайне сложно.

Достижение успеха в этом деле может предоставить проверяемую гипотезу, которая позволит экспериментально поддержать теорию струн.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145412

Переводчики: ilves_ArtO