Los experimentos no confirman la supersimetría, y los físicos buscan nuevas ideas

En experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones, un túnel circular de 26 km en el Laboratorio CERN en Suiza, donde colisionan protones de alta energía, no se obtuvo ninguna pista de "nueva física" fuera del Modelo Estándar.

Mikhail Shifman , un joven físico teórico de Moscú en 1982, quedó impresionado por la elegancia de una nueva teoría llamada supersimetría, que intentó incluir partículas elementales conocidas en un catálogo más completo de partículas en el universo.

"Mi trabajo de la época brilla con entusiasmo", dice Shifman, un profesor de 63 años de la Universidad de Minnesota. A lo largo de las décadas, él y miles de otros físicos han desarrollado la hipótesis de la supersimetría en la creencia de que los experimentos lo confirmarán. "Pero la naturaleza no lo necesita", dice. "Al menos en una forma simple y original".

Dado que el colisionador más grande del mundo no pudo detectar partículas que deben existir según esta teoría, Shifman se une al coro de investigadores, instando a sus colegas a cambiar de rumbo.


Mikhail Shifman

En un ensayo publicado en octubre de 2012, Shifman exhortó a sus colegas a abandonar el camino del "desarrollo de supersimetrías exageradas y estéticamente poco atractivas", cuyo objetivo es explicar el hecho de que las pruebas no confirman versiones más simples de la teoría. Escribe que ha llegado el momento de "comenzar a pensar y desarrollar nuevas ideas".

Pero no hay suficiente material para el trabajo. Hasta ahora, no han surgido indicios de "nueva física" fuera del Modelo Estándar, el conjunto aceptado de ecuaciones que describen partículas elementales conocidas, ya sea en experimentos de LHC o en otros lugares. (El bosón de Higgs recientemente descubierto fue predicho por el Modelo Estándar). Recientes pruebas de colisión de protones en Kyoto, Japón, excluyeron otra clase más de modelos supersimétricos y otras teorías de "nueva física", porque no encontraron nada inusual en las partículas en descomposición.

"Por supuesto, esto es decepcionante", dice Shifman. "No somos dioses; no somos profetas". En ausencia de indicios de la dirección del movimiento en los datos experimentales, ¿cómo se puede adivinar sobre algo que sucede en la naturaleza?

Los físicos más jóvenes que estudiaban partículas se enfrentaron a una difícil elección: seguir el camino recorrido por sus maestros durante décadas, e inventar versiones aún más sofisticadas de supersimetría, o seguir su propio camino, sin ninguna dirección de ningún tipo de datos.

"Esta es una pregunta difícil que la mayoría de nosotros tratamos de no responder aún", dice Adam Falkovsky, especialista en física de partículas de la Universidad Paris-South XI en Orsay, Francia, que trabaja en el CERN. En una publicación de blog sobre ensayos japoneses, Falkovsky bromea diciendo que es hora de buscar trabajo en neurología.

"Esto no es de ninguna manera alentador", dijo Stephen Martin, especialista en física de alta energía en la Universidad del Norte de Illinois, trabajando en supersimetría, o brevemente, SUSY. - Ciertamente no creo que SUSY deba ser correcto. No puedo pensar en nada mejor ".

La supersimetría ha dominado la física de partículas durante décadas, y ha descartado casi todas las teorías físicas alternativas que van más allá de SM.

"Es difícil sobreestimar la contribución de los físicos a SUSY en los últimos 20-30 años, por lo que su fracaso tendrá un gran impacto en nuestra área", dijo Peter Woit, especialista en física de partículas y matemáticas en la Universidad de Columbia.

La teoría es atractiva por tres razones. Ella predice la existencia de partículas de las cuales se puede componer "materia oscura", una sustancia invisible que impregna las afueras de las galaxias. Combina las tres interacciones fundamentales a altas energías. Y, la mayor ventaja es que resuelve un rompecabezas de física llamado "problema de jerarquía de indicadores".

El enigma está relacionado con la desproporción de la gravedad y la débil interacción nuclear, que es de 100 millones de billones de billones (10 ³²) veces más fuerte y actúa en una escala mucho más pequeña, controlando la interacción dentro del núcleo atómico. Las partículas que transfieren interacciones débiles, bosones W y Z, reciben masa del campo de Higgs, el espacio de impregnación del campo de energía. Pero no está claro por qué la energía del campo de Higgs y, en consecuencia, las masas de los bosones W y Z son tan pequeñas. Como otras partículas están asociadas con el campo de Higgs, sus energías deben ser vertidas en él en el momento de las fluctuaciones cuánticas. Esto debería aumentar en gran medida la energía del campo de Higgs, haciendo que los bosones W y Z sean más masivos y conduciendo al hecho de que la interacción débil se debilita al nivel de gravedad.



La supersimetría resuelve el problema de la jerarquía, suponiendo la existencia de un supercompañero gemelo para cada partícula elemental. Según la teoría, los fermiones que forman la materia tienen supercompañeros de bosones que transfieren interacciones, y los bosones existentes tienen supercompañeros de fermiones. Dado que los tipos de partículas y sus súper compañeros son opuestos, las contribuciones de su energía al campo de Higgs tienen signos opuestos: uno lo aumenta, el segundo lo disminuye. Las contribuciones de los pares se aniquilan mutuamente y no se producen catástrofes. Y como beneficio adicional, uno de los súper socios no descubiertos puede ser parte de la materia oscura.

"La supersimetría es hermosa, y en física permitimos que tanta belleza y estética nos guíen en la dirección que la verdad puede ser", dijo Brian Greene, físico teórico de la Universidad de Columbia.

Con el tiempo, dado que los súper socios no aparecieron, la supersimetría se volvió menos bella. Según los modelos populares, para evitar la detección, las partículas de superparte deben ser mucho más pesadas que sus contrapartes, y en lugar de simetría, aparece un espejo curvo. Los físicos presentaron una gran cantidad de ideas sobre cómo se puede romper la simetría, y generaron miles de versiones de supersimetría.



Pero romper la supersimetría es un problema nuevo. "Cuanto más difícil es hacer supercompañeros en comparación con las partículas existentes, peor funciona la exclusión mutua de sus acciones", explica Martin.

La mayoría de los expertos en física de partículas en la década de 1980 pensaron que los súper socios serían solo un poco más pesados ​​que las partículas conocidas. Pero en el Tevatron, un acelerador en Fermilab, ahora retirado del trabajo, no se encontró nada de eso. Y mientras el LHC está probando energías cada vez más altas sin encontrar rastros de partículas supersimétricas, algunos físicos afirman que la teoría está muerta. "Creo que el LHC fue la gota que colmó el vaso", dijo Voight.

Actualmente, la mayoría de las versiones funcionales de la supersimetría predicen súper socios tan pesados ​​que superarían los efectos de sus gemelos livianos, si no fuera por la destrucción mutua de influencias entre diferentes súper socios. Pero un ajuste sutil, diseñado para neutralizar los problemas de la teoría y resolver los problemas de la jerarquía, no es agradable para muchos. "Esto muestra que es posible que tengamos que dar un paso atrás y pensar en los problemas para los que se inventó SUSY", dijo Shifman.

Algunos teóricos explotan y argumentan que, a pesar de la belleza de la teoría original, puede existir una combinación fea de partículas supercompañeras y gotas de ajustes en la naturaleza. "Creo que será un error centrarse en las versiones populares de la supersimetría", dijo Matt Strassler, físico de partículas en la Universidad de Rutgers. "Los concursos de popularidad son un indicador poco confiable de la verdad".


Adam Falkovsky

En los modelos SUSY menos populares, el más ligero de los súper socios solo mira el LHC. En otros modelos, los supercompañeros no son más pesados ​​que las partículas existentes, sino menos estables, lo que los hace más difíciles de detectar. Estas teorías se seguirán probando en el LHC después de la actualización.

Si no encuentran nada nuevo, y hablan de tal desarrollo de eventos como un "escenario de pesadilla", los físicos seguirán teniendo los mismos vacíos que los confundieron con la imagen completa del Universo hace tres décadas, antes de que la supersimetría los cerrara perfectamente. Y en ausencia de un colisionador de mayor energía, dice Falkovsky, esta área se degradará lentamente. "La cantidad de trabajos en física de partículas disminuirá, y los físicos de partículas se extinguirán naturalmente".

El verde es más optimista. "La ciencia es un evento autoajustable", dice. "Las ideas erróneas se desarraigan con el tiempo porque son estériles o porque conducen a callejones sin salida". Y esto sucede dentro del área. Y la gente continúa trabajando en lo que les fascina, y la ciencia está zigzagueando más cerca de la verdad ".

Source: https://habr.com/ru/post/es397363/