A supersimetria não é confirmada por experimentos, e os físicos estão procurando novas idéias

Em experimentos no Large Hadron Collider, um túnel circular de 26 km no Laboratório do CERN na Suíça, onde prótons de alta energia colidem, nenhuma dica de "nova física" foi obtida fora do Modelo Padrão.

Mikhail Shifman , um jovem físico teórico de Moscou em 1982, ficou impressionado com a elegância de uma nova teoria chamada supersimetria, que tentou incluir partículas elementares conhecidas em um catálogo mais abrangente de partículas no universo.

"Meu trabalho da época brilha com entusiasmo", diz Shifman, professor de 63 anos da Universidade de Minnesota. Ao longo das décadas, ele e milhares de outros físicos desenvolveram a hipótese da supersimetria na crença de que os experimentos a confirmarão. "Mas a natureza não precisa disso", diz ele. "Pelo menos de uma forma simples e original."

Como o maior colisor do mundo foi incapaz de detectar partículas que devem existir de acordo com essa teoria, Shifman se junta ao coro dos pesquisadores, instando seus colegas a mudar de rumo.


Mikhail Shifman

Em um ensaio publicado em outubro de 2012, Shifman pediu aos colegas que abandonassem o caminho de “desenvolver modificações absurdas e esteticamente atraentes” da supersimetria, que visam explicar o fato de que versões mais simples da teoria não são confirmadas por testes. Ele escreve que chegou a hora de "começar a pensar e desenvolver novas idéias".

Mas não há material suficiente para o trabalho. Até agora, nenhuma sugestão de "nova física" fora do Modelo Padrão - o conjunto aceito de equações que descrevem partículas elementares conhecidas - surgiu em experimentos do LHC ou em outros lugares. (O bóson de Higgs recentemente descoberto foi previsto pelo Modelo Padrão). Testes recentes de colisão de prótons em Kyoto, Japão, excluíram outra grande classe de modelos supersimétricos e outras teorias da "nova física", porque não encontraram nada incomum em partículas em decomposição.

"Claro, isso é decepcionante", diz Shifman. "Nós não somos deuses; não somos profetas." Na ausência de sugestões da direção do movimento nos dados experimentais, como alguém pode adivinhar algo acontecendo na natureza? ”

Os físicos mais jovens que estudavam partículas enfrentaram uma escolha difícil: seguir o caminho trilhado por décadas por seus professores e inventar versões ainda mais sofisticadas de supersimetria, ou seguir seu próprio caminho, sem nenhuma direção de qualquer tipo de dados.

"Essa é uma pergunta complexa que a maioria de nós ainda não tenta responder", diz Adam Falkovsky, especialista em física de partículas da Universidade Paris-Sul XI em Orsay, França, que trabalha no CERN. Em um post sobre ensaios japoneses, Falkovsky brinca que é hora de procurar trabalho em neurologia.

"Isso não é de forma alguma encorajador", disse Stephen Martin, especialista em física de alta energia da Universidade do Norte de Illinois, trabalhando em supersimetria ou brevemente SUSY. - Eu certamente não acredito que SUSY esteja correto. Eu simplesmente não consigo pensar em nada melhor. "

A supersimetria domina a física de partículas há décadas e descartou quase todas as teorias físicas alternativas que vão além da SM.

"É difícil superestimar a contribuição dos físicos para o SUSY nos últimos 20 a 30 anos, para que seu fracasso tenha um grande impacto em nossa área", disse Peter Woit, especialista em física de partículas e matemática na Universidade de Columbia.

A teoria é atraente por três razões. Ela prevê a existência de partículas das quais a "matéria escura" pode ser composta, uma substância invisível que permeia os arredores das galáxias. Combina as três interações fundamentais em altas energias. E, a maior vantagem é que ele resolve um quebra-cabeça de física chamado “problema da hierarquia de medidores”.

O enigma está relacionado à desproporção da gravidade e à fraca interação nuclear, que é de 100 milhões de trilhões de trilhões (10 ^32).) vezes mais forte e age em uma escala muito menor, controlando a interação dentro do núcleo atômico. Partículas que transferem interações fracas, bósons W e Z, recebem massa do campo de Higgs, o espaço de impregnação do campo de energia. Mas não está claro por que a energia do campo de Higgs e, consequentemente, as massas dos bósons W e Z são tão pequenas. Como outras partículas estão associadas ao campo de Higgs, suas energias devem ser despejadas no momento das flutuações quânticas. Isso deve aumentar muito a energia do campo de Higgs, tornando os bósons W e Z mais massivos e levando ao fato de que a interação fraca enfraquece até o nível de gravidade.



A supersimetria resolve o problema da hierarquia, assumindo a existência de um super parceiro duplo para cada partícula elementar. De acordo com a teoria, os férmions que compõem a matéria têm superparceiros de bósons que transferem interações, e os bósons existentes têm superparceiros de férmions. Como os tipos de partículas e seus super parceiros são opostos, as contribuições de sua energia para o campo de Higgs têm sinais opostos - uma aumenta, a segunda diminui. As contribuições dos pares são mutuamente aniquiladas e não ocorrem desastres. E como bônus, um dos super parceiros não descobertos pode fazer parte da matéria escura.

"A supersimetria é linda e, na física, permitimos que essa beleza e estética nos levem na direção da verdade", disse Brian Greene, físico teórico da Universidade de Columbia.

Com o tempo, como os super parceiros não apareceram, a supersimetria tornou-se menos bonita. De acordo com modelos populares, para evitar a detecção, as partículas dos superparceiros precisam ser muito mais pesadas do que suas contrapartes e, em vez de simetria, um espelho curvo aparece. Os físicos apresentaram um grande número de idéias sobre como a simetria pode ser quebrada e geraram milhares de versões da supersimetria.



Mas quebrar a supersimetria é um novo problema. “Quanto mais difícil é tornar superparceiros em comparação com as partículas existentes, pior é a exclusão mútua de suas ações”, explica Martin.

A maioria dos especialistas em física de partículas na década de 1980 pensou que os super parceiros seriam apenas um pouco mais pesados ​​que as partículas conhecidas. Mas no Tevatron, um acelerador no Fermilab, agora retirado do trabalho, nada foi encontrado. E enquanto o LHC está testando energias cada vez mais altas sem encontrar vestígios de partículas supersimétricas, alguns físicos afirmam que a teoria está morta. "Acho que o LHC foi a gota d'água", disse Voight.

Atualmente, a maioria das versões funcionais da supersimetria prevê super parceiros tão pesados ​​que superariam os efeitos de seus gêmeos leves, se não fosse pela destruição mútua bem afinada das influências entre os super parceiros. Mas um ajuste sutil, projetado para neutralizar os problemas da teoria e resolver os problemas da hierarquia, não é agradável para muitos. "Isso mostra que podemos precisar dar um passo atrás e pensar nos problemas para os quais o SUSY foi inventado", disse Shifman.

Alguns teóricos surgem e argumentam que, apesar da beleza da teoria original, uma feia combinação de partículas de superparceiros e gotículas de ajustes pode existir na natureza. "Acho que será um erro focar nas versões populares da supersimetria", disse Matt Strassler, físico de partículas da Rutgers University. "Os concursos de popularidade são um indicador não confiável da verdade."


Adam Falkovsky

Nos modelos SUSY menos populares, os mais leves dos super parceiros estão apenas olhando o LHC. Em outros modelos, os superparceiros não são mais pesados ​​que as partículas existentes, mas menos estáveis, dificultando sua detecção. Essas teorias continuarão sendo testadas no LHC após a atualização.

Se eles não encontrarem algo novo - e falarem sobre esse desenvolvimento de eventos como um "cenário de pesadelo" - os físicos ainda terão as mesmas lacunas que os confundiram com toda a imagem do Universo há três décadas, antes que a supersimetria os fechasse com nitidez. E na ausência de um colisor de energia mais alto, diz Falkovsky, essa área se degradará lentamente. "O número de empregos em física de partículas cairá e os físicos de partículas desaparecerão naturalmente".

Verde é mais otimista. "A ciência é um evento de auto-ajuste", diz ele. “Ideias erradas arrancam com o tempo porque são estéreis ou porque levam a becos sem saída.” E isso acontece dentro da área. E as pessoas continuam trabalhando no que as fascina, e a ciência está ziguezageando para mais perto da verdade. ”

Source: https://habr.com/ru/post/pt397363/