24/2/11

Θα επιβεβαιώσει την υπερσυμμετρία o LHC;

Τα πρώτα αποτελέσματα για την υπερσυμμετρία (supersymmetry - SUSY) από τον μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (Large Hadron Collider - LHC) έχουν αναλυθεί από τους φυσικούς και μερικά από αυτά δείχνουν ότι η θεωρία εμφανίζει προβλήματα.
Τα δεδομένα από τις συγκρούσεις πρωτονίων από τα πειράματα CMS (Compact Muon Solenoid) και ATLAS δεν έδωσαν ενδείξεις για υπερσυμμετρικά σωματίδια ή s-σωματίδια (sparticles) που προβλέπει η υπερσυμμετρική προέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model)της σωματιδιακής φυσικής. Η υπερσυμμετρία (SUSY) αποτελεί μια ελκυστική ιδέα διότι προσφέρει μια λύση στο "πρόβλημα της ιεραρχίας" της σωματιδιακής φυσικής.
Εξασφαλίζει μια μέθοδο ενοποίησης των ισχυρών και ηλεκτρασθενών δυνάμεων και επιπλέον περιέχει ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης.
Ένα σημαντικό αποτέλεσμα της θεωρίας είναι ότι κάθε γνωστό σωματίδιο έχει τουλάχιστον έναν υπερσυμετρικό σύντροφο ή s-σωματίδιο.
Στο γνωστό νετρίνο για παράδειγμα, αντιστοιχεί το s-νετρίνο. Αυτά τα s-σωματίδια αναμένεται να έχουν μάζες περίπου ένα τέρα-ηλεκτρονιοβόλτ (TeV), γεγονός που σημαίνει ότι πρέπει να παραχθούν στον LHC.
Τον Ιανουάριο η ομάδα CMS ανέφερε ότι θα ερευνήσει με τον ανιχνευτή της, για τους υπερσυμμετρικούς συντρόφους των κουάρκ και των γλοιονίων, τα ονομαζόμενα squark και gluinos. Εαν αυτά τα sparticles παράγονται στις συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων, τότε θα διασπώνται σε κουάρκς και γλοιόνια καθώς και σε ένα σχετικά ελαφρύ σωματίδιο το σταθερό νετραλίνο (neutralino).

Τα σχηματιζόμενα κουάρκ και γλοιόνια από τα s-σωματίδια αποθέτουν την ενέργειά τους στον ανιχνευτή, δημιουργώντας μια "χιονοστιβάδα" από άλλα σωματίδια, τα επονομαζόμενα jets.
Όμως το νετραλίνο που είναι η απάντηση της υπερσυμμετρίας στην αόρατη μάζα του σύμπαντος που ονομάζεται σκοτεινή ύλη, θα διαφύγει από τον ανιχνευτή χωρίς να αλληλεπιδράσει με αυτόν. Η παρουσία του θα προκύψει ως ένα "έλλειμα ενέργειας" στον ανιχνευτή.
Οι φυσικοί του CMS μελέτησαν δεδομένα  από τέτοια jets αναζητώντας την ελλείπουσα ενέργεια. Δυστυχώς ο αριθμός των συγκρούσεων που πληρούν αυτές τις προϋποθέσεις δεν ήταν μεγαλύτερος απ' αυτόν που προβλέπει η φυσική του Καθιερωμένου Προτύπου. Ως αποτέλεσμα, η ομάδα CMS θα μπορούσε να αναφέρει μόνο τα νέα όρια για μια παραλλαγή της SUSY, το ελάχιστο υπερσυμμετρικό πρότυπο (constrained minimal supersymmetric standard model - CMSSM) με την ελάχιστη Υπερβαρύτητα (mSUGRA)
Οι ερευνητές του ATLAS ερευνούν έναν διαφορετικό τρόπο διάσπασης του υποθετικού s-σωματιδίου. Ψάχνουν για ένα ηλεκτρόνιο ή το βαρύτερο ξαδερφάκι του, το μιόνιο, που εμφανίζεται ταυτόχρονα σαν ένα jet και ελλείπουσα ενέργεια.
Η ομάδα του ATLAS είδε λιγότερα γεγονότα απ' αυτά που απαιτούσε η θεωρία και έτσι έθεσαν υψηλότερα όρια, αποκλείοντας μάζες gluinos κάτω από 700 GeV, σύμφωνα με την  θεωρία CMSSM και mSUGRA, όπου το squark και το gluino έχουν ίσες μάζες.

Πολλοί πιστεύουν ότι τα όρια αυτά δεν αποτελούν κακούς οιωνούς για την υπερσυμμετρία. Οι πιο γενικές εκδοχές της θεωρίας έχουν πάνω από εκατό παραμέτρους, έτσι ώστε με όλες αυτές τις υποθεωρίες να μην υπάρχουν ασφαλείς πειραματικές προβλέψεις για τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων.
"Είναι απλά ένας τρόπος για να κάνουν συγκρίσεις με τα προηγούμενα πειράματα" λέει ο φυσικός του CMS Roberto Rossin από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στην Santa Barbara. "Κανείς δεν πιστεύει πραγματικά ότι αυτό είναι ένα μοντέλο που επέλεξε η φύση" συμπληρώνει.
Ο Amir Farbin του ATLAS από το Πανεπιστημίου του Τέξας, αποκαλεί αυτά τα πρώτα αποτελέσματα ως "ορεκτικό" για την αναζήτηση της υπερσυμμετρίας στο συνέδριο του Μαρτίου στο La Thuile στην Ιταλία, λέγοντας ότι "στο σημείο που βρισκόμαστε δεν είμαστε σε θέση να αποκλείουμε θεωρίες".
Επιπλέον οι επιστήμονες του CMS, Tommaso Dorigo από το Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στην Πάδοβα και ο Alessandro Strumia από το Ινστιτούτο Φυσικής στο Ταλίν της Εσθονίας, ισχυρίζονται ότι υπάρχουν κάποιοι λόγοι ανησυχίας.
Η υπερσυμμετρία πρέπει να "σπάσει" κάνοντας τα s-σωματίδια πολύ βαρύτερα από τους συντρόφους τους. Αυτό πρέπει να συμβεί στην ίδια ενέργεια που η ηλεκτρασθενής συμμετρία σπάει - στο σημείο όπου οι φορείς της ασθενούς δύναμης αποκτούν μάζα ενώ το φωτόνιο παραμένει χωρίς μάζα.
Αυτό πιστεύεται ότι συμβαίνει στα 250 GeV. "Όμως τα μέχρι τώρα αποτελέσματα του LHC μας λένε ότι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια πρέπει να είναι λίγο πιο πάνω από το σημείο αυτό" λέει ο Strumia.
Ο Dorigo σημειώνει ότι αν και η υπερσυμμετρία μπορεί να επιτρέψει s-σωματίδια με υψηλές μάζες, για την επίλυση του "προβλήματος της ιεραρχίας" είναι πιο "φυσικές" οι μάζες κοντά την ηλεκτρασθενή κλίμακα. Το πρόβλημα της ιεραρχίας περιλαμβάνει εικονικά σωματίδια που φθάνουν μέχρι τη μάζα του μποζονίου Χιγκς. Αν και τα υπερσυμμετρικά σωματίδια μπορεί να ακυρώσουν αυτό το φαινόμενο, τα μοντέλα γίνονται πολύ περίπλοκα,  αν τα s-σωματίδια έχουν τόσο μεγάλη μάζα.
Ο John Ellis από το CERN και το King's College London διαφωνεί με την άποψη ότι τα αποτελέσματα του LHC θα δημιουργήσουν προβλήματα στην υπερσυμμετρία. Επειδή στον LHC αλληλεπιδρούν ισχυρά τα κουάρκ και τα γλοιόνια μέσα στα πρωτόνια, είναι πιο εύκολο να παραχθούν τα squarks και τα glyinos. Ωστόσο σε πολλά μοντέλα οι υπερσυμμετρικοί σύντροφοι των ηλεκτρονίων, των μιονίων και των φωτονίων είναι ελαφρύτεροι και οι μάζες τους θα μπορούσαν να βρίσκονται κοντά στην ηλεκτρασθενή κλίμακα.

O ερευνητής του CMS Konstantin Matchev, ισχυρίζεται ότι ακόμη βρισκόμαστε στην αρχή και θα χρειαστούν τρια χρόνια αναζητήσεων για να καταλήξουμε σε ασφαλή συμπεράσματα. Αλλά δεν είναι όλοι αισιόδοξοι για την υπερσυμμετρία.
Ο Dorigo θεωρεί ότι σε λίγα χρόνια θα δημιουργηθεί κρίση διότι η θεωρία εισάγει τόσα πολλά νέα σωματίδια για τα οποία τα μέχρι τώρα δεδομένα δεν δείχνουν κανένα ίχνος.
Ωστόσο ακόμη κι αν χάσει στοίχημα 1000$, θα είναι από τους πρώτους που θα πανηγυρίσει αν ο LHC δημιουργήσει υπερσυμετρικό σωματίδιο.
physicsworld.com
(*) Ο Tommaso Dorigo διαθέτει μπλογκ όπου γράφει στην ελληνική γλώσσα. Δείτε το στη διεύθυνση: qdepizwn.wordpress.com

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...