Tai galėtų išaiškinti gravitaciją, dalelių paslaptis, tamsiąją materiją ir net didžiąją vieningąją teoriją - kuo tokia ypatinga SUSY idėja ir kas dabar vyksta su LHC eksperimentais

SUSY pasirodė kaip iš stygų teorijos atsiradusi matematinė idėja. Ji buvo graži.

Ji mus patraukė ne tik dėl to, kad galėjo išspręsti daug visatos prigimties klausimų, bet ir dėl to, kad buvo subalansuota ir elegantiška. Ji žadėjo suteikti simetriją mūsų moksliniams modeliams, tokiems, kaip antimaterijos atradimas ir jos katastrofiška, bet užpildanti vieta greta įprastos materijos. SUSY galėtų išaiškinti gravitaciją, dalelių paslaptis, tamsiąją materiją ir net tapti laipteliu į didžiąją vieningąją teoriją. Trumpai tariant — ji praturtintų supratimą apie pačią visatą.

Prieš pusę amžiaus SUSY pirmą kartą buvo pritaikyta mūsų kasdieniam, keturmačiam pasauliui. Ji stygų teoriją pakylėjo į superstygų teoriją, nes SUSY yra supersymmetry santrumpa. Bet pati supersimetrija nėra teorija, tai principas, kuris gali būti pritaikytas daugelyje skirtingų teorijų ir taip sudarant įvairius visatos modelius. Yra dešimtys supersimetriją naudojančių teorijų, bet eksperimentai dalį jų ilgainiui atsijojo.

SUSY gimė, kai į stygų teorijos stygas buvo inkorporuoti fermionai. Standartiniame modelyje (SM) gali priklausyti vienai iš dviejų kategorijų. Fermionai yra materijos dalelės, tokios kaip elektronai, viršūninis kvarkas (top quark) ir kylantysis kvarkas (up quark). Jų sukinys yra lygūs puse sveiko skaičiaus. Elektrono sukinys yra ½. Kita kategorija – sąveiką pernešančios dalelės, vadinamos bozonais. Jų sukinys yra sveikas skaičius, pavyzdžiui, elektromagnetinę sąveiką pernešančių fotonų sukinys lygus 1. SUSY susieja šias dvi dalelių kategorijas. Materija ir sąveikos supersimetrijoje traktuojamos taip pat. Tokiame kontekste fermionai ir bozonai — visos žinomos visatos dalelės — tampa viena kitą pakeičiančios. Anksčiau tokie mainai buvo vertinami kaip neįmanomi.

Tai reiškia, kad kiekviena žinoma dalelė turėtų tokios pat masės, bet kitokio sukinio giminaitį. Tarkime, elektronas turėtų tokios pat masės ir krūvio superbrolį, tačiau jo sukinys būtų ne ½, o 1. Mūsų pasaulyje elektronai elgiasi kaip fermionai, o ieškome elektrono, kuris elgtųsi kaip bozonas.

Tai, atrodytų, paprastas gamtos įvertinimas iš naujo. Stebėjimai atskleidžia nuostabias simetrijas kitose mokslo srityse ir gamtoje, ir nors tokios simetrijos gali būti — ir dažnai būna — pažeidžiamos, be jų didesnį vaizdą susidaryti sunku, gal net neįmanoma. Toks modelis, tikimasi, atskleis kažką ypatingo. SUSY atveju tai – netgi rimtas tamsiosios materijos kandidatas.

Fotono superbrolis yra neutralinas. Tai yra stabili dalelė, neturinti krūvio, sąveikaujanti tik gravitaciškai, tad iš esmės liekanti nematoma kokį kitą spinduliavimą naudojantiems instrumentams. Idėją yra, kad aplinkui pilna neutralinų. Jie susiformavo po didžiojo sprogimo vėstančioje visatoje. Skaičiavimai rodo, kad jų turėtų būti daugiau nei įprastos materijos atomų, ir jų tiek, kad maždaug atitinka dabartinį tamsiosios materijos kiekį .

Tik bėda su tokių SUSY dalelių kaip neutralinai radimu, kad jų mases įvertinome klaidingai. Jeigu jos egzistuoja, manoma, kad jos turėtų būti nepalyginamai masyvesnės, nei gali sukurti net galingiausias greitintuvas – LHC. Slapias SUSY daleles tikimasi aptikti, pasitelkus dramą. Reikia aukštesnės energijos – tokios, kokią išsiskiria supernovos ar gama spindulių žybsniai, perveriančius kosmosą nelyg žaibai audringą naktį. Tokių įvykių pasiuntiniai yra milijardus kartų energingesni, nei gali pasiekti LHC. Jie galingi, tačiau reti. Kol kas jie yra viena iš supersimetrijos įrodymo vilčių.

Tai kodėl laikome įsikibę šios idėjos? Kas dar, be puikios matematikos, yra SUSY?

Daugeliu atžvilgių, supersimetrijos tikrinimas yra ir stygų teorijos tikrinimas. Nors supersimetrijos įrodymas visos stygų teorijos teisingumo neįrodytų, bet tai yra esminė charakteristika, kuri smarkiai priartintų mus prie visko teorijos. Daugelis fizikų mano, kad stygų teorija yra vienintelis rimtas pretendentas. Atsisakius SUSY, liktume nežinomybės vandenyne, praktiškai neturėdami į ką įsikibti.

Ir yra dalykas, rodantis, kad supersimetrija gali būti teisinga.

Trys kvantinės jėgos — elektromagnetizmas, stiprioji ir silpnoji branduolinė sąveika — yra labai skirtingo stiprumo. Tačiau didžiojo sprogimo metu taip būti negalėjo. Jos buvo suvienytos ir vienodos, konverguojančios į visatos pradžią. Naudojant SM, skaičiavimai rodo, kad jų stiprumai panašūs, bet ne tokie patys. Tik pridėjus SUSY, jų stipriai tampa idealiai vienodi. Tai yra tik vienas iš SM neišbaigtumų.

Kad įsivaizduotumėme, kiek mažai žinome, panagrinėkime SM hierarchijos problemą. Šią problemą galima įvardinti kuo įvairiausiai, bet iš esmė viskas susiję su tais pačiais erzinančiais skaičiais numbers. Energija, kurioje trys kvantinės sąveikos susivienija, yra 15 skaičiaus dydžio eilių didesni energiją, kurioje susivienija silpnoji ir elektromagnetinė sąveika. O gravitacija, palyginti su kitomis trimis sąveikomis, yra neišpasakytai silpna. 10²⁴ kartų silpnesnė už silpnąją branduolinę sąveiką. Sunkiausias žinomas kvarkas — viršūninis kvarkas — yra 40 kartų sunkesnis už giluminį kvarką (bottom quark) ir 175 kartus sunkesnis už protoną. Ir tokių skaitinių neatitikimų – daugybė. Higgso bozonas turėtų būti Plancko masės, tačiau yra milijardus milijardų kartų lengvesni.

Bet jei norime išspręsti visas šias problemas, tokiuose eksperimentuose kaip LHC jau turėtume matyti SUSY dalelių srautus. Nors SUSY dalelių paieškos tebesitęsia, kuo toliau, tuo mažiau panašu, kad jos gali pateikti natūralų atsakymą į bet kuriuos iš šių klausimų. Kadangi eksperimentuose SUSY dalelių nerandama, vargu ar jos gali būti tamsiosios materijos dalelės ar paaiškinti Standartinio modelio hierarchijos problemas. Kol kas ši idėja dar nepalaidota — bet kuo toliau, tuo labiau mokslininkai dėl jos nesutaria. Yra SUSY atsisakiusių ir įsitikinusių, kad turime ieškoti naujų kelių link didžiosios vieningosios teorijos, o yra tebemanančių, kad ji yra dar neįvykęs atradimas.

Rėmėjai sako, kad visatos simetrija turi būti sugriauta. Juk būtent dėl sugriautos simetrijos ir mes esame. Jei visatos atsiradimo momentu būtų po lygiai materijos ir antimaterijos, mums nebūtų iš ko susiformuoti. Tad, gal mes egzistuojame netipiškame erdvėlaikio regione — ir supersimetrijos čia nėra ne todėl, kad jos nėra iš viso, bet todėl, kad ji suskilo į dalis ir nepasireiškia mažose energijose, su kuriomis susiduriame kasdien.

Be SUSY — ir stygų teorijos — nėra aišku, kaip paaiškinti visatą. Bet gal teks, prieš atrandant geresnį kelią, pripažinti, kad esame daug labiau pasimetę, nei tikėjomės anksčiau.

Ella Alderson
medium.com