La théorie des cordes: tester la supersymétrie

Une prédiction majeure de la théorie des cordes est que une symétrie fondamentale existe entre les bosons et les fermions, appelée supersymétrie. Pour chaque boson il existe un fermion connexe, et pour chaque fermion il existe un boson liés. (Les bosons et les fermions sont des types de particules avec différentes tours.)

Trouver les sparticules manquantes

Sous la supersymétrie, chaque particule a une superpartenaire. Chaque boson a une superpartenaire fermionique correspondant, tout comme chaque fermion a une superpartenaire bosons. La convention de nommage est que superpartenaires fermioniques terminent “ -INO, ” tandis superpartenaires bosoniques commencent avec un “. S ” La découverte de ces superpartenaires est un objectif majeur de la physique moderne à haute énergie.

Le problème est que sans une version complète de la théorie des cordes, les théoriciens des cordes ne savent pas ce que les niveaux d'énergie à regarder. Les scientifiques devront continuer à explorer jusqu'à ce qu'ils trouvent superpartenaires et ensuite travailler vers l'arrière pour construire une théorie qui contient les superpartenaires. Cela ne semble un peu mieux que le modèle standard de la physique des particules, où les propriétés de tous les 18 particules fondamentales doivent être portées à la main.

En outre, il ne semble pas y avoir de raison fondamentale théorique pourquoi les scientifiques ont pas encore trouvé superpartenaires. Si la supersymétrie ne unifier les forces de la physique et de résoudre le problème de hiérarchie, puis les scientifiques attendre à trouver superpartenaires faible consommation d'énergie. (La recherche du boson de Higgs a subi ces mêmes questions dans le cadre du Modèle Standard des années. Il doit encore être détectée expérimentalement soit.)

Au lieu de cela, les scientifiques ont exploré des gammes d'énergie en quelques centaines de GeV, mais ne sont toujours pas trouvé de superpartenaires. Ainsi, le plus léger superpartenaire semble être plus lourds que les 17 particules fondamentales observées. Certains modèles théoriques prédisent que les superpartenaires pourraient être 1000 fois plus lourd que les protons, de sorte que leur absence est compréhensible (particules les plus lourdes ont souvent tendance à être plus instable et réduire en particules de basse énergie si possible), mais toujours frustrant.

À l'heure actuelle, le meilleur candidat pour un moyen de trouver les particules supersymétriques en dehors d'un accélérateur de particules à haute énergie est l'idée que la matière noire dans notre univers peut effectivement être les superpartenaires manquants.

Implications de test de la supersymétrie

Si la supersymétrie existe, alors un processus physique a lieu qui provoque la symétrie pour devenir brisée spontanément que l'univers va d'un état de haute énergie dense dans son état de faible énergie actuelle.

En d'autres termes, que l'univers refroidi, les superpartenaires avaient à se désintégrer en quelque sorte dans les particules que nous observons aujourd'hui. Si les théoriciens peuvent modéliser ce processus de brisure de symétrie spontanée dans une manière qui fonctionne, il peut donner quelques prédictions testables.

Le principal problème est ce qu'on appelle le problème de saveur. Dans le modèle standard, il ya trois saveurs (ou générations) de particules. Les électrons, muons et taus sont trois saveurs différentes de leptons.

Dans le modèle standard, ces particules ne interagissent pas directement les uns avec les autres. (Ils peuvent échanger un boson de jauge, donc il ya une interaction indirecte.) Les physiciens attribuer des numéros chacun de particules basé sur sa saveur, et ces chiffres sont une quantité conservée en physique quantique.

Le nombre d'électrons, numéro de muon, tau et les numéros ne changent pas, au total, au cours d'une interaction. Un électron, par exemple, obtient un certain nombre d'électron positif mais obtient 0 pour les deux numéros de muons et tau.

Pour cette raison, un muon (qui a un certain nombre de muon positif, mais un nombre d'électrons de zéro) ne peut jamais se désintégrer en un électron (avec un nombre positif d'électrons, mais un certain nombre de muons de zéro), ou vice versa. Dans le modèle standard et la supersymétrie, ces chiffres sont conservés, et les interactions entre les différentes saveurs de particules sont interdits.

Cependant, notre univers n'a pas supersymétrie - il a supersymétrie cassé. Il n'y a aucune garantie que la supersymétrie cassé permettra de conserver le nombre de muons et électrons, et la création d'une théorie de la rupture de la supersymétrie spontanée qui garde intacte cette conservation est en fait très difficile. Succédant à il peut fournir une hypothèse vérifiable, permettant un support expérimental de la théorie des cordes.