Суперсимметрия
Supersymmetry
Суперсимметрия
– это симметрии между частицами с полуцелым спином (фермионы – кварки, лептоны)
и частицами с целым спином (бозоны – фотоны, глюоны, W, Z, …). Если во Вселенной
действительно реализуется принцип суперсимметрии, то каждой известной частице
должен соответствовать суперсимметричный партнёр, спин которого отличается
на 1/2. Так, например, электрон должен иметь суперсимметричного партнера
со спином равным 0.
Там, где проявляется суперсимметрия, массы частицы и её суперсимметричного
партнера должны быть равны нулю. В модели нарушенной суперсимметрии частицам
приписываются массы. При этом считается, что суперпартнеры имеют массы гораздо
большие, чем у наблюдаемых сейчас частиц. Так, например, суперпартнер электрона
должен иметь массу в миллион раз большую, чем электрон.
Теории суперсимметрии (SUSY-теории) служат еще одним возможным
кандидатом на единую теорию взаимодействия фундаментальных частиц. В SUSY-теориях
не делается различия между частицами с целым и полуцелым спинами, т.е. не
делается различия между суперпартнерами.
В SUSY-моделях фермионы и бозоны собраны в супермультиплеты.
Симметрия между фермионами и бозонами в супермультиплете такова, что каждый
фермион имеет партнёром бозон и наоборот. При этом число фундаментальных
частиц практически удваивается – у каждого фундаментального фермиона (кварка
или лептона) появляется бозонный партнёр с нулевым спином (называемый скварком
или слептоном). В свою очередь, каждый известный бозон (фотон, глюон, W±,
Z и бозон Хиггса) имеет в качестве суперпартнёра фермион (соответственно
фотино, глюино, вино, зино, хиггсино). Основные SUSY-партнёры перечислены
в таблице. Лишенные заряда суперчастицы 3, 7, 8 часто называют нейтралино.
Самая лёгкая из суперчастиц должна быть стабильна. Такие частицы могут составлять
значительную часть невидимой (тёмной) материи Вселенной.
| Таблица. Основные SUSY-партнёры |
|---|
| № | Частица | спин | SUSY-партнёр | Спин |
| 1 | кварк | 1/2 | скварк | 0 |
| 2 | лептон | 1/2 | слептон | 0 |
| 3 | нейтрино | 1/2 | снейтрино | 0 |
| 4 | фотон | 1 | фотино | 1/2 |
| 5 | глюон | 1 | глюино | 1/2 |
| 6 | W-бозон | 1 | вино | 1/2 |
| 7 | Z-бозон | 1 | зино | 1/2 |
| 8 | хиггс | 0 | хиггсино | 1/2 |
| 9 | гравитон | 2 | гравитино | 3/2 |
При точной суперсимметрии, как отмечалось, SUSY-партнёры
имеют одинаковые массы. Пока не найдено ни одной суперсимметричной частицы
(их поиск – важная задача физики высоких энергий), что свидетельствует о
нарушении суперсимметрии. Масштаб этого нарушения определяет массы суперчастиц.
В ЦЕРН с осени 1995 г. велись эксперименты по обнаружению суперпартнеров
W-бозонов, а в лаборатории им. Ферми - кварков и глюонов. Если какая-либо
из SUSY-теорий верна, то в будущих экспериментах становится возможным обнаружить
некоторые легчайшие суперсимметричные частицы. Поиски суперсимметричных
частиц — одно из приоритетных направлений на коллайдере LHC.
См. также