Supersimetria - Supersymmetry

Em uma teoria supersimétrica, as equações da força e as equações da matéria são idênticas. Na física teórica e matemática , qualquer teoria com essa propriedade tem o princípio da supersimetria ( SUSY ). Existem dezenas de teorias supersimétricas. A supersimetria é uma simetria do espaço - tempo entre duas classes básicas de partículas: bósons , que têm um spin de valor inteiro e seguem as estatísticas de Bose-Einstein , e férmions , que têm um spin de meio-inteiro valorizado e seguem as estatísticas de Fermi-Dirac . Na supersimetria, cada partícula de uma classe teria uma partícula associada na outra, conhecida como sua superparceira , cujo spin difere em meio-inteiro. Por exemplo, se o elétron existe em uma teoria supersimétrica, então haveria uma partícula chamada "selétron" (elétron superparceiro), um parceiro bosônico do elétron . Nas teorias de supersimetria mais simples, com supersimetria perfeitamente " ininterrupta ", cada par de superparceiros compartilharia a mesma massa e números quânticos internos além do spin. Teorias de supersimetria mais complexas apresentam uma simetria quebrada espontaneamente , permitindo que os superparceiros difiram em massa.

Supersimetria tem várias aplicações para diferentes áreas da física, como a mecânica quântica , mecânica estatística , teoria quântica de campos , física da matéria condensada , física nuclear , óptica , dinâmica estocástica , física de partículas , astrofísica , gravidade quântica , a teoria das cordas , e cosmologia . A supersimetria também foi aplicada fora da física, como nas finanças . Na física de partículas , uma extensão supersimétrica do modelo padrão é um possível candidato para a física além do modelo padrão , e na cosmologia , a supersimetria poderia explicar a questão da inflação cosmológica .

Na teoria quântica de campos , a supersimetria é motivada por soluções para vários problemas teóricos, por geralmente fornecer muitas propriedades matemáticas desejáveis e por garantir um comportamento sensível em altas energias. A teoria quântica de campo supersimétrica é frequentemente muito mais fácil de analisar, pois muitos outros problemas se tornam matematicamente tratáveis. Quando a supersimetria é imposta como uma simetria local , a teoria da relatividade geral de Einstein é incluída automaticamente, e o resultado é considerado uma teoria da supergravidade . Outra propriedade teoricamente atraente da supersimetria é que ela oferece a única "brecha" para o teorema de Coleman-Mandula , que proíbe que o espaço-tempo e as simetrias internas sejam combinadas de qualquer maneira não trivial para teorias de campo quântico com suposições muito gerais. O teorema Haag – Łopuszański – Sohnius demonstra que a supersimetria é a única maneira que o espaço-tempo e as simetrias internas podem ser combinadas de forma consistente.

História

Uma supersimetria relacionando mésons e bárions foi proposta pela primeira vez, no contexto da física hadrônica, por Hironari Miyazawa em 1966. Essa supersimetria não envolvia o espaço-tempo, ou seja, dizia respeito à simetria interna e estava muito quebrada. O trabalho de Miyazawa foi amplamente ignorado na época.

JL Gervais e B. Sakita (em 1971), Yu. A. Golfand e EP Likhtman (também em 1971), e DV Volkov e VP Akulov (1972), redescobriram de forma independente a supersimetria no contexto da teoria quântica de campos , um tipo radicalmente novo de simetria de espaço-tempo e campos fundamentais, que estabelece uma relação entre partículas elementares de diferentes naturezas quânticas, bósons e férmions, e unifica o espaço-tempo e as simetrias internas dos fenômenos microscópicos. A supersimetria com uma estrutura graduada algébrica de Lie consistente na qual a redescoberta Gervais-Sakita foi baseada diretamente surgiu pela primeira vez em 1971 no contexto de uma versão inicial da teoria das cordas por Pierre Ramond , John H. Schwarz e André Neveu .

Em 1974, Julius Wess e Bruno Zumino identificaram os recursos de renormalização característicos das teorias de campo supersimétricas quadridimensionais, que os identificaram como QFTs notáveis, e eles, Abdus Salam e seus colegas pesquisadores introduziram as primeiras aplicações da física de partículas. A estrutura matemática da supersimetria ( superalgebras de Lie graduadas ) foi subsequentemente aplicada com sucesso a outros tópicos da física, variando de física nuclear , fenômenos críticos , mecânica quântica à física estatística , e a supersimetria continua sendo uma parte vital de muitas teorias propostas em muitos ramos da física .

Na física de partículas , a primeira versão supersimétrica realista do Modelo Padrão foi proposta em 1977 por Pierre Fayet e é conhecida como Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo ou MSSM. Foi proposto resolver, entre outras coisas, o problema da hierarquia .

Formulários

Extensão de possíveis grupos de simetria

Uma razão pela qual os físicos exploraram a supersimetria é porque ela oferece uma extensão às simetrias mais familiares da teoria quântica de campos. Essas simetrias são agrupadas no grupo de Poincaré e simetrias internas e o teorema de Coleman-Mandula mostrou que, sob certas suposições, as simetrias da matriz S devem ser um produto direto do grupo de Poincaré com um grupo de simetria interna compacto ou se não houver. qualquer lacuna de massa , o grupo conforme com um grupo de simetria interno compacto. Em 1971, Golfand e Likhtman foram os primeiros a mostrar que a álgebra de Poincaré pode ser estendida através da introdução de quatro geradores espinorais anticommutantes (em quatro dimensões), que mais tarde ficaram conhecidos como supercargas. Em 1975, o teorema Haag – Łopuszański – Sohnius analisou todas as superálgebras possíveis na forma geral, incluindo aquelas com um número estendido de supergeradores e cargas centrais . Esta álgebra super-Poincaré estendida pavimentou o caminho para a obtenção de uma classe muito grande e importante de teorias de campo supersimétricas.

A álgebra de supersimetria

As simetrias tradicionais da física são geradas por objetos que se transformam pelas representações tensoriais do grupo de Poincaré e simetrias internas. As supersimetrias, no entanto, são geradas por objetos que se transformam pelas representações de spin . De acordo com o teorema da estatística de spin , os campos bosônicos comutam enquanto os campos fermiônicos são anticomutantes . A combinação dos dois tipos de domínios num único álgebra requer a introdução de um Z ₂ -grading em que os bosões são os elementos mesmo e os fermiones são os elementos estranhos. Essa álgebra é chamada de superálgebra de Lie .

A extensão supersimétrica mais simples da álgebra de Poincaré é a álgebra Super-Poincaré . Expresso em termos de dois espinores de Weyl , tem a seguinte relação anticomutação :

{\ displaystyle \ {Q _ {\ alpha}, {\ bar {Q}} _ {\ dot {\ beta}} \} = 2 (\ sigma ^ {\ mu}) _ {\ alpha {\ dot {\ beta }}} P _ {\ mu}}

e todas as outras relações de anti-comutação entre Q se relações de comutação entre Q s e P s desaparecem. Na expressão acima, P _μ = - i ∂ _μ são os geradores de translação e σ ^μ são as matrizes de Pauli .

Existem representações de uma superálgebra de Lie que são análogas às representações de uma álgebra de Lie. Cada álgebra de Lie tem um grupo de Lie associado e uma superálgebra de Lie pode às vezes ser estendida em representações de um supergrupo de Lie .

Mecânica quântica supersimétrica

A mecânica quântica supersimétrica adiciona a superálgebra SUSY à mecânica quântica em oposição à teoria quântica de campos . A mecânica quântica supersimétrica muitas vezes se torna relevante ao estudar a dinâmica de solitons supersimétricos , e devido à natureza simplificada de ter campos que são apenas funções do tempo (ao invés do espaço-tempo), um grande progresso foi feito neste assunto e agora é estudado em seu próprio direito.

A mecânica quântica SUSY envolve pares de hamiltonianos que compartilham uma relação matemática particular, que são chamados de hamiltonianos parceiros . (Os termos de energia potencial que ocorrem nos hamiltonianos são então conhecidos como potenciais parceiros .) Um teorema introdutório mostra que para cada estado próprio de um hamiltoniano, seu hamiltoniano parceiro tem um estado próprio correspondente com a mesma energia. Este fato pode ser explorado para deduzir muitas propriedades do espectro de eigenstate. É análogo à descrição original de SUSY, que se referia a bósons e férmions. Podemos imaginar um "hamiltoniano bosônico", cujos autoestados são os vários bósons de nossa teoria. O parceiro SUSY desse hamiltoniano seria "fermiônico", e seus autoestados seriam os férmions da teoria. Cada bóson teria um parceiro fermiônico de energia igual.

Nas finanças

Em 2021, a mecânica quântica supersimétrica foi aplicada à precificação de opções e à análise de mercados em finanças , e a redes financeiras .

Supersimetria na física da matéria condensada

Os conceitos de SUSY forneceram extensões úteis para a aproximação WKB . Além disso, o SUSY foi aplicado a sistemas de média de desordem quânticos e não quânticos (por meio da mecânica estatística ), sendo a equação de Fokker-Planck um exemplo de teoria não quântica. A 'supersimetria' em todos esses sistemas surge do fato de que se está modelando uma partícula e, como tal, as 'estatísticas' não importam. O uso do método de supersimetria fornece uma alternativa matemática rigorosa ao truque da réplica , mas apenas em sistemas não interagentes, que tenta resolver o chamado 'problema do denominador' sob a média de desordem. Para mais informações sobre as aplicações da supersimetria na física da matéria condensada, consulte Efetov (1997).

Em 2021, um grupo de pesquisadores mostrou que, em teoria, o SUSY poderia ser realizado no limite de um estado Hall quântico de Moore-Read . No entanto, até o momento, nenhum experimento foi feito ainda para perceber isso na borda de um estado de Moore-Read. ${\ displaystyle N = (0,1)}$

Supersimetria em óptica

Em 2013, a óptica integrada foi considerada um terreno fértil no qual certas ramificações do SUSY podem ser exploradas em ambientes de laboratório prontamente acessíveis. Fazendo uso da estrutura matemática análoga da equação de Schrödinger da mecânica quântica e da equação de onda que rege a evolução da luz em configurações unidimensionais, pode-se interpretar a distribuição do índice de refração de uma estrutura como uma paisagem potencial na qual os pacotes de ondas ópticas se propagam. Desta forma, uma nova classe de estruturas ópticas funcionais com possíveis aplicações em casamento de fase , conversão de modo e multiplexação por divisão de espaço torna - se possível. As transformações SUSY também foram propostas como uma forma de resolver problemas de espalhamento inverso em óptica e como uma óptica de transformação unidimensional .

Supersimetria em sistemas dinâmicos

Todas as equações diferenciais estocásticas (parciais), os modelos para todos os tipos de sistemas dinâmicos de tempo contínuo, possuem supersimetria topológica. Na representação do operador de evolução estocástica, a supersimetria topológica é a derivada exterior que é comutativa com o operador de evolução estocástica definido como o recuo estocasticamente medido induzido em formas diferenciais por difeomorfismos definidos por SDE do espaço de fase . O setor topológico da assim emergente teoria supersimétrica da dinâmica estocástica pode ser reconhecido como a teoria de campo topológico do tipo Witten .

O significado da supersimetria topológica em sistemas dinâmicos é a preservação da continuidade do espaço de fase - pontos infinitamente próximos permanecerão próximos durante a evolução em tempo contínuo, mesmo na presença de ruído. Quando a supersimetria topológica é quebrada espontaneamente, esta propriedade é violada no limite da evolução temporal infinitamente longa e pode-se dizer que o modelo exibe (a generalização estocástica de) o efeito borboleta . De uma perspectiva mais geral, o colapso espontâneo da supersimetria topológica é a essência teórica do fenômeno dinâmico onipresente conhecido como caos , turbulência , criticidade auto-organizada etc. O teorema de Goldstone explica o surgimento associado do comportamento dinâmico de longo alcance que se manifesta em si como 1/f ruído,efeito borboletae estatísticas sem escala de processos repentinos (instantônicos), como terremotos, neuroavalanches e erupções solares, conhecidas comolei de Zipfeescala de Richter.

Supersimetria em matemática

SUSY às vezes também é estudado matematicamente por suas propriedades intrínsecas. Isso ocorre porque ele descreve campos complexos que satisfazem uma propriedade conhecida como holomorfia , que permite que quantidades holomórficas sejam calculadas com exatidão. Isso torna os modelos supersimétricos " modelos de brinquedo " úteis de teorias mais realistas. Um exemplo primordial disso foi a demonstração da dualidade S em teorias de calibre quadridimensionais que trocam partículas e monopolos .

A prova do teorema do índice de Atiyah-Singer é muito simplificada pelo uso da mecânica quântica supersimétrica.

Supersimetria na teoria das cordas

A supersimetria é parte da teoria das supercordas, uma teoria das cordas e uma possível candidata a uma teoria de tudo . Para que a teoria das supercordas seja consistente, a supersimetria parece ser necessária em algum nível (embora possa ser uma simetria fortemente quebrada). Se a evidência experimental confirma a supersimetria na forma de partículas supersimétricas , como o neutralino, que muitas vezes é considerado o superparceiro mais leve , algumas pessoas acreditam que isso seria um grande impulso para a teoria das supercordas. Visto que a supersimetria é um componente obrigatório da teoria das supercordas, qualquer supersimetria descoberta seria consistente com a teoria das supercordas. Se o Large Hadron Collider e outros experimentos de física de partículas importantes falharem em detectar parceiros supersimétricos, muitas versões da teoria das supercordas que previram certos superparceiros de baixa massa para partículas existentes podem precisar ser significativamente revisadas.

Em resposta aos resultados nulos para a supersimetria no LHC até agora e a crise de naturalidade resultante para certos modelos, alguns físicos de partículas que trabalham em extensões supersimétricas do Modelo Padrão mudaram para a teoria das cordas , onde existe um conceito de "naturalidade fibrosa". Na teoria das cordas , o cenário da teoria das cordas poderia ter uma influência estatística da lei de potência na quebra de termos flexíveis de SUSY para valores grandes (dependendo do número de campos de quebra de SUSY de setores ocultos que contribuem para os termos flexíveis). Se isso for acoplado a um requisito antrópico de que as contribuições para a escala fraca não excedam um fator entre 2 e 5 de seu valor medido (como argumentado por Agrawal et al.), Então a massa de Higgs é puxada para a vizinhança de 125 GeV enquanto a maioria das espartículas é puxada para valores além do alcance atual do LHC. Uma exceção ocorre para higgsinos que ganham massa não pela quebra de SUSY, mas por qualquer mecanismo que resolva o problema SUSY mu. A produção de pares de higgsino leves em associação com a radiação de jato de estado inicial rígido leva a um dilepton de sinal oposto suave mais jato mais sinal de energia transversal ausente. No entanto, muitos físicos deixaram a supersimetria e a teoria das cordas inteiramente devido à não detecção de SUSY no lHC.

Supersimetria em física de partículas

Na física de partículas , uma extensão supersimétrica do Modelo Padrão é um possível candidato para a física de partículas não descoberta e vista por alguns físicos como uma solução elegante para muitos problemas atuais na física de partículas, se confirmada como correta, o que poderia resolver várias áreas onde as teorias atuais são consideradas ser incompleto e onde as limitações das teorias atuais estão bem estabelecidas. Em particular, uma extensão supersimétrica do modelo padrão , o modelo padrão supersimétrico mínimo (MSSM), tornou-se popular na física de partículas teórica, pois o modelo supersimétrico mínimo é a extensão supersimétrica mais simples do modelo padrão que poderia resolver os principais problemas de hierarquia dentro do Modelo Padrão, garantindo que as divergências quadráticas de todas as ordens serão canceladas na teoria das perturbações . Se uma extensão supersimétrica do Modelo Padrão estiver correta, os superparceiros das partículas elementares existentes seriam partículas novas e não descobertas e espera-se que a supersimetria seja quebrada espontaneamente.

Não há evidência experimental de que uma extensão supersimétrica para o modelo padrão esteja correta, ou se outras extensões para os modelos atuais podem ou não ser mais precisas. Foi somente por volta de 2010 que aceleradores de partículas projetados especificamente para estudar física além do Modelo Padrão se tornaram operacionais (ou seja, o Grande Colisor de Hádrons (LHC)), e não se sabe exatamente onde olhar, nem as energias necessárias para uma pesquisa bem-sucedida . No entanto, os resultados negativos do LHC desde 2010 já descartaram algumas extensões supersimétricas ao modelo padrão, e muitos físicos acreditam que o modelo supersimétrico mínimo padrão , embora não seja descartado, não é mais capaz de resolver totalmente o problema de hierarquia .

Extensões supersimétricas do modelo padrão

Incorporar a supersimetria no modelo padrão requer dobrar o número de partículas, uma vez que não há nenhuma maneira de qualquer uma das partículas no modelo padrão ser superparceira uma da outra. Com a adição de novas partículas, existem muitas novas interações possíveis. O modelo supersimétrico mais simples possível consistente com o modelo padrão é o modelo supersimétrico mínimo padrão (MSSM), que pode incluir as novas partículas adicionais necessárias que podem ser superparceiras daquelas no modelo padrão .

Cancelamento da renormalização da massa quadrática do bóson de Higgs entre o loop de quark top fermiônico e os diagramas de Feynman de girino de squark de parada escalar em uma extensão supersimétrica do modelo padrão

Uma das motivações originais para o Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo veio do problema de hierarquia . Devido às contribuições quadraticamente divergentes para a massa de Higgs ao quadrado no Modelo Padrão , as interações da mecânica quântica do bóson de Higgs causam uma grande renormalização da massa de Higgs e, a menos que haja um cancelamento acidental, o tamanho natural da massa de Higgs é o maior escala possível. Além disso, a escala eletrofraca recebe enormes correções quânticas da escala de Planck . A hierarquia observada entre a escala eletrofraca e a escala de Planck deve ser alcançada com um ajuste fino extraordinário . Esse problema é conhecido como problema de hierarquia .

A supersimetria próxima à escala eletrofraca , como no modelo supersimétrico mínimo padrão , resolveria o problema de hierarquia que aflige o modelo padrão . Isso reduziria o tamanho das correções quânticas por ter cancelamentos automáticos entre as interações de Higgs fermiônicas e bosônicas, e as correções quânticas em escala de Planck cancelariam entre parceiros e superparceiros (devido a um sinal negativo associado a loops fermiônicos). A hierarquia entre a escala eletrofraca e a escala de Planck seria alcançada de maneira natural , sem ajustes finos extraordinários. Se a supersimetria fosse restaurada na escala fraca, a massa de Higgs estaria relacionada à quebra da supersimetria, que pode ser induzida por pequenos efeitos não perturbativos que explicam as escalas amplamente diferentes nas interações fracas e gravitacionais.

Outra motivação para o Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo vem da grande unificação , a ideia de que os grupos de simetria de calibre devem se unificar em alta energia. No modelo padrão, no entanto, os acoplamentos de medidor fraco , forte e eletromagnético falham em se unificar em alta energia. Em particular, a evolução do grupo de renormalização das três constantes de acoplamento de calibre do Modelo Padrão é um tanto sensível ao conteúdo de partícula presente da teoria. Essas constantes de acoplamento não se encontram em uma escala de energia comum se executarmos o grupo de renormalização usando o Modelo Padrão . Depois de incorporar o SUSY mínimo na escala eletrofraca, o funcionamento dos acoplamentos de medidor é modificado e a convergência da junta das constantes de acoplamento de medidor é projetada para ocorrer em aproximadamente 10 ¹⁶ GeV . O funcionamento modificado também fornece um mecanismo natural para a quebra da simetria eletrofraca radiativa .

Em muitas extensões supersimétricas do modelo padrão, como o modelo supersimétrico mínimo padrão , há uma partícula estável pesada (como o neutralino ) que poderia servir como um candidato de matéria escura de partícula massiva de interação fraca (WIMP) . A existência de um candidato supersimétrico à matéria escura está intimamente relacionada à paridade-R . A supersimetria na escala eletrofraca (aumentada com uma simetria discreta) normalmente fornece uma partícula de matéria escura candidata em uma escala de massa consistente com cálculos de abundância de relíquia térmica.

O paradigma padrão para incorporar a supersimetria em uma teoria realista é fazer com que a dinâmica subjacente da teoria seja supersimétrica, mas o estado fundamental da teoria não respeita a simetria e a supersimetria é quebrada espontaneamente . A quebra de supersimetria não pode ser feita permanentemente pelas partículas do MSSM como elas aparecem atualmente. Isso significa que há um novo setor da teoria que é responsável pela quebra. A única restrição neste novo setor é que ele deve quebrar a supersimetria permanentemente e deve dar às superpartículas massas na escala TeV. Existem muitos modelos que podem fazer isso e a maioria dos detalhes não importa. A fim de parametrizar as características relevantes da quebra de supersimetria, termos de quebra suaves arbitrários de SUSY são adicionados à teoria que temporariamente quebram SUSY explicitamente, mas nunca poderiam surgir de uma teoria completa de quebra de supersimetria.

Pesquisas e restrições para supersimetria

Extensões SUSY do modelo padrão são restringidas por uma variedade de experimentos, incluindo medições de observáveis de baixa energia - por exemplo, o momento magnético anômalo do múon no Fermilab ; a medição de densidade de matéria escura WMAP e experimentos de detecção direta - por exemplo, XENON -100 e LUX ; e por experimentos com colisor de partículas, incluindo física B , fenomenologia de Higgs e pesquisas diretas por superparceiros (espartículas), no Large Electron-Positron Collider , no Tevatron e no LHC . Na verdade, o CERN declara publicamente que se um modelo supersimétrico do Modelo Padrão "estiver correto, as partículas supersimétricas devem aparecer em colisões no LHC".

Historicamente, os limites mais rígidos eram da produção direta nos coletores. Os primeiros limites de massa para quadrados e gluinos foram feitos no CERN pelo experimento UA1 e o experimento UA2 no Síncrotron Super Proton . O LEP mais tarde estabeleceu limites muito fortes, que em 2006 foram estendidos pelo experimento D0 no Tevatron. De 2003-2015, do WMAP e Planck 's matéria escura medidas de densidade foram fortemente condicionada extensões supersimétricas do modelo padrão, que, se eles explicam a matéria escura, tem que ser ajustado para invocar um mecanismo particular para suficientemente reduzir o neutralino densidade.

Antes do início do LHC, em 2009, ajustes de dados disponíveis para CMSSM e NUHM1 indicavam que quadradas e gluinos eram mais propensos a ter massas na faixa de 500 a 800 GeV, embora valores tão altos quanto 2,5 TeV fossem permitidos com probabilidades baixas . Esperava-se que os neutralinos e os sleptons fossem bastante leves, com o neutralino mais leve e o stau mais leve provavelmente entre 100 e 150 GeV.

As primeiras execuções do LHC ultrapassaram os limites experimentais existentes do Large Electron-Positron Collider e do Tevatron e excluíram parcialmente as faixas esperadas acima mencionadas. Em 2011-12, o LHC descobriu um bóson de Higgs com uma massa de cerca de 125 GeV e com acoplamentos a férmions e bósons que são consistentes com o modelo padrão . O MSSM prevê que a massa do bóson de Higgs mais leve não deve ser muito maior do que a massa do bóson Z e, na ausência de ajuste fino (com a escala de quebra da supersimetria na ordem de 1 TeV), não deve exceder 135 GeV. O LHC não encontrou partículas previamente desconhecidas além do bóson de Higgs, que já era suspeito de existir como parte do modelo padrão e, portanto, nenhuma evidência de qualquer extensão supersimétrica do modelo padrão.

Os métodos indiretos incluem a busca por um momento de dipolo elétrico permanente (EDM) nas partículas do Modelo Padrão conhecidas, que podem surgir quando a partícula do Modelo Padrão interage com as partículas supersimétricas. A melhor restrição atual no momento de dipolo elétrico do elétron é menor do que 10 ⁻²⁸ e · cm, equivalente a uma sensibilidade à nova física na escala TeV e igualando-se aos melhores aceleradores de partículas atuais. Um EDM permanente em qualquer partícula fundamental aponta para a violação da física da inversão do tempo e, portanto, também para a violação da simetria do CP através do teorema do CPT . Esses experimentos de EDM também são muito mais escaláveis do que os aceleradores de partículas convencionais e oferecem uma alternativa prática para detectar a física além do modelo padrão, pois os experimentos com aceleradores se tornam cada vez mais caros e complicados de manter. O melhor limite atual para o EDM do elétron já atingiu uma sensibilidade para descartar as chamadas versões 'ingênuas' de extensões supersimétricas do Modelo Padrão.

Status atual

As descobertas negativas nos experimentos desapontaram muitos físicos, que acreditavam que as extensões supersimétricas do Modelo Padrão (e outras teorias baseadas nele) eram de longe as teorias mais promissoras para a "nova" física além do Modelo Padrão, e esperavam por sinais de resultados inesperados das experiências. Em particular, o resultado do LHC parece problemático para o Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo, já que o valor de 125 GeV é relativamente grande para o modelo e só pode ser alcançado com grandes correções de loop radiativo de quadrados superiores , que muitos teóricos consideram "não naturais" (veja naturalidade e ajuste fino ).

Em resposta à chamada "crise de naturalidade" no Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo, alguns pesquisadores abandonaram a naturalidade e a motivação original para resolver o problema de hierarquia naturalmente com supersimetria, enquanto outros pesquisadores mudaram para outros modelos supersimétricos, como supersimetria dividida . Outros ainda mudaram para a teoria das cordas como resultado da crise de naturalidade. O ex-apoiador entusiasta Mikhail Shifman chegou ao ponto de instar a comunidade teórica a buscar novas idéias e aceitar que a supersimetria era uma teoria fracassada na física de partículas. No entanto, alguns pesquisadores sugeriram que essa crise de "naturalidade" era prematura porque vários cálculos eram muito otimistas sobre os limites das massas que permitiriam uma extensão supersimétrica do Modelo Padrão como solução.

Supersimetria geral

A supersimetria aparece em muitos contextos relacionados da física teórica. É possível ter múltiplas supersimetrias e também dimensões extras supersimétricas.

Supersimetria estendida

É possível ter mais de um tipo de transformação de supersimetria. As teorias com mais de uma transformação de supersimetria são conhecidas como teorias supersimétricas estendidas . Quanto mais supersimetria uma teoria tem, mais restritos são o conteúdo do campo e as interações. Normalmente, o número de cópias de uma supersimetria é uma potência de 2 (1, 2, 4, 8 ...). Em quatro dimensões, um espinor tem quatro graus de liberdade e, portanto, o número mínimo de geradores de supersimetria é quatro em quatro dimensões e ter oito cópias de supersimetria significa que existem 32 geradores de supersimetria.

O número máximo possível de geradores de supersimetria é 32. Teorias com mais de 32 geradores de supersimetria automaticamente têm campos sem massa com spin maior que 2. Não se sabe como fazer campos sem massa com spin maior que dois interagir, então o número máximo de geradores de supersimetria considerado é 32. Isso se deve ao teorema de Weinberg-Witten . Isso corresponde a uma teoria de supersimetria N = 8. As teorias com 32 supersimetrias têm automaticamente um gráviton .

Para quatro dimensões existem as seguintes teorias, com os respectivos multipletos (o CPT adiciona uma cópia, sempre que não sejam invariáveis sob tal simetria):

N = 1	Multipleto quiral	(0,	1/2 )
	Multipleto vetorial	( 1/2 ,	1)
	Multipleto gravitino	(1,	3/2 )
	Multipleto de gravitão	( 3/2 ,	2)
N = 2	Hipermultipleto	(- 1/2 ,	0 ² ,	1/2 )
	Multipleto vetorial	(0,	1/2 ² ,	1)
	Multipleto de supergravidade	(1,	3/2 ² ,	2)
N = 4	Multipleto vetorial	(-1,	- 1/2 ⁴ ,	0 ⁶ ,	1/2 ⁴ ,	1)
N = 4	Multipleto de supergravidade	(0,	1/2 ⁴ ,	1 ⁶ ,	3/2 ⁴ ,	2)
N = 8	Multipleto de supergravidade	(-2,	- 3/2 ⁸ ,	-1 ²⁸ ,	- 1/2 ⁵⁶ ,	0 ⁷⁰ ,	1/2 ⁵⁶ ,	1 ²⁸ ,	3/2 ⁸ ,	2)

Supersimetria em números alternados de dimensões

É possível ter supersimetria em dimensões diferentes de quatro. Como as propriedades dos espinores mudam drasticamente entre as diferentes dimensões, cada dimensão tem sua característica. Nas dimensões d , o tamanho dos espinores é de aproximadamente 2 ^{d / 2} ou 2 ^{( d - 1) / 2} . Como o número máximo de supersimetrias é 32, o maior número de dimensões em que uma teoria supersimétrica pode existir é onze.

Supersimetria fracionária

A supersimetria fracionária é uma generalização da noção de supersimetria em que a quantidade mínima positiva de spin não precisa ser 1/2, mas pode ser um 1 arbitrário/N para o valor inteiro deN. Essa generalização é possível em duas ou menosdimensões doespaço-tempo.

Veja também

Referências

Leitura adicional

A página Supersimetria e Supergravidade no Wiki de Teoria de Cordas lista mais livros e resenhas.

Introduções teóricas, gratuitas e online

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Monografias

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Em experimentos

Bennett GW, et al. (Muon (g − 2) Collaboration) (2004). "Medição do momento magnético anômalo do múon negativo a 0,7 ppm". Cartas de revisão física . 92 (16): 161802. arXiv : hep-ex / 0401008 . Bibcode : 2004PhRvL..92p1802B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.92.161802 . PMID 15169217 . S2CID 3183567 .
Laboratório Nacional de Brookhaven (8 de janeiro de 2004). A nova medição g − 2 se desvia ainda mais do modelo padrão . Comunicado de imprensa.
Fermi National Accelerator Laboratory (25 de setembro de 2006). Os cientistas do CDF do Fermilab descobriram o comportamento de mudança rápida do méson B-sub-s. Comunicado de imprensa.

links externos

O que os resultados atuais do LHC (meados de agosto de 2011) indicam sobre a supersimetria? Matt Strassler
Documentos de pesquisa de supersimetria do experimento ATLAS
Documentos de pesquisa de supersimetria do experimento CMS
"Particle wobble shakes up supersymmetry" , revista Cosmos , setembro de 2006
Os resultados do LHC colocam a teoria da supersimetria 'no local' Notícias da BBC 27/8/2011
SUSY ficando sem esconderijos. Notícias da BBC 11/12/2012
"Supersimetria em óptica?" . skullsinthestars.com . Crânios nas estrelas. 22 de agosto de 2013 . Recuperado em 23 de agosto de 2016 . blog

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