La supersimetría no es un fracaso.
La supersimetría es una estructura teórica que existe matemáticamente y probablemente juega algún papel en la naturaleza.
Lo que puede ser cierto es que la supersimetría no se puede descubrir en el LHC. Debemos recordar lo que le importa a la Naturaleza y nuestras limitaciones técnicas no son una de esas cosas. A la naturaleza no le importaba que Tevatron o LEP2 no pudieran descubrir el bosón de Higgs. No cambió las Leyes de la Naturaleza.
- ¿Es cierto que existe el gravitón de partículas elementales y que se hicieron aviones antigravedad durante la Segunda Guerra Mundial desde Alemania?
- ¿Cuánta radiación de neutrinos se necesitaría para matar a un humano?
- ¿Cómo se vería nuestro universo si la carga del electrón fuera un poco diferente?
- ¿Cómo se relaciona la inflación cósmica con la fluctuación cuántica del falso vacío?
- ¿Se puede usar la antimateria para fabricar armas láser?
Supersimetría a escala débil
La gran pregunta que aborda el LHC es si la supersimetría juega un papel en la física de escala débil.
La supersimetría es un concepto matemático abstracto y puede aplicarse a la naturaleza en una variedad de formas diferentes. La supersimetría domestica algunos de los aspectos cuánticos más violentos de la teoría cuántica de campos. La escala débil desarrolla un problema estético a nivel cuántico, por lo que la supersimetría es un candidato natural para resolver este problema.
Creo que estamos llegando rápidamente a la conclusión de que la respuesta es “no, la supersimetría no resuelve este problema”. Pero la evidencia más contundente de esto provino de LEP1 [1], que se desarrolló entre 1989 y 1995. Un primer artículo sobre esto fue escrito por Barbieri y Strumia en 2000 [2].
Pero puede volver a los documentos originales sobre la supersimetría utilizada para estabilizar la escala débil de la década de 1980. Muy pocas cosas están mal con estos documentos (y hay cientos de ellos). Predijeron un bosón de Higgs de 60 GeV. El W & Z (80 GeV y 90 GeV) cerca de la parte superior del espectro supersimétrico. LEP1 (principios de la década de 1990), Tevatron Run1 (principios / mediados de la década de 1990) y Run 2 (principios / mediados de la década de 2000), LEP2 (finales de la década de 1990 / principios de la década de 2000), Run 1 del LHC (principios de la década de 2010), dejaron atrás estas predicciones.
Aún más sorprendente, hubo problemas masivos para la supersimetría con mediciones indirectas, conocidas como física del sabor. La supersimetría podría haberse mostrado en las décadas de 1970 y 1980 y para cuando BaBar y Belle se estaban ejecutando a principios de la década de 2000, debería haber habido docenas de señales indirectas de física más allá del Modelo Estándar. La física del sabor puede sondear partículas de hasta 1,000,000 GeV y el hecho de que no se haya visto nada en la física del sabor podría verse como una indirecta indirecta de que las partículas supersimétricas están por encima de esta energía.
Cualquier físico de partículas moderno puede decirle 30 formas en que esta conclusión podría no ser cierta. Pero todo físico honesto de partículas modernas le dirá que la física del sabor les preocupa porque sin soluciones convincentes, ningún acelerador podrá probar la escala de energía de 1,000,000 GeV con tecnología actual (o previsible futurista). Esto haría que la supersimetría no se pueda descubrir directamente.
De todos modos, nada es nuevo aquí. La física del sabor era una preocupación de larga data antes de que yo fuera un estudiante graduado. Realmente vale la pena leer las “Veinte preguntas abiertas en física de partículas supersimétricas” de Chris Kolda de 1997 [3]. Las primeras 15 de estas preguntas siguen siendo problemas abiertos (las últimas 5 no fueron realmente problemas).
Vale la pena señalar que el Modelo Estándar supersimétrico fue propuesto en su forma moderna en 1981 [4]. Que 16 años después hubo 15 grandes problemas es revelador y 20 años después de que estos todavía son problemas también es revelador. Hay una solución fácil: que las partículas supersimétricas son pesadas y no directamente detectables.
Por qué el no descubrimiento en el LHC no es un problema
La supersimetría, cuando se aplica al Modelo Estándar de Física de Partículas, es una “teoría de desacoplamiento”, lo que significa que es posible hacer que las partículas sean cada vez más pesadas sin encontrar ninguna dificultad teórica. Por lo tanto, la supersimetría podría volverse casi arbitrariamente pesada y seguir siendo importante para la Naturaleza. Esto es diferente al bosón de Higgs que tenía que ser inferior a 800 GeV más o menos. Al hacer que las partículas supersimétricas sean más pesadas, hace que desaparezcan los problemas con la física del sabor y que el LHC sea impotente para descubrirlas.
Al mismo tiempo que la naturaleza está haciendo que las partículas supersimétricas sean paramétricamente más pesadas que la escala débil, la naturaleza hace que la supersimetría sea irrelevante para la escala débil. Pero el vínculo entre la escala débil y la supersimetría era un requisito artificial impuesto a la supersimetría para motivar su búsqueda, y buscarlo es algo bueno porque no puedes encontrarlo de otra manera. Pero no debes sorprenderte cuando desaparezcan estas motivaciones especulativas. Incluso Ken Wilson, quien propuso la “naturalidad” (que es el nombre técnico de la motivación que vincula la supersimetría a la escala débil) lamentó la noción en sus últimos años. [5]
Entonces, todo este retorcimiento de manos dice mucho sobre nuestra capacidad para descubrir la supersimetría, no dice casi nada sobre la existencia de la supersimetría porque nuestra capacidad para descubrir la supersimetría es patética en comparación con las posibilidades que la Naturaleza está eligiendo.
Todavía es temprano, incluso para el LHC
Entonces no, la supersimetría no es un fracaso. Los conceptos teóricos casi nunca son un fracaso.
¿Es relevante para la escala débil? Probablemente no, pero todavía tenemos tiempo para explorar la naturaleza con el LHC.
El LHC funcionará hasta mediados de la década de 2030. En este momento tenemos límites de 2 sigma en partículas con 20 femtobarnos inversos de luminosidad integrada. Vamos a terminar con 150 veces más datos. Esto nos permitirá impulsar el alcance del descubrimiento en un 35% a 40% más en masa. Si no vemos cosas para cuando tengamos hasta 500 femtobarnos inversos, que serán a principios de la década de 2020, entonces tenemos una larga espera para descubrir nuevas piezas de información sobre la Naturaleza.
Notas al pie
[1] Gran colisionador de electrones y positrones
[2] https://arxiv.org/pdf/hep-ph/000…
[3] http://arxiv.org/pdf/hep-ph/9712…
[4] Supersimetría suavemente rota y SU (5)
[5] http://arxiv.org/pdf/hep-lat/041…
