¿Qué es la teoría de la supersimetría?

El modelo estándar ha funcionado maravillosamente para predecir lo que los experimentos han demostrado hasta ahora sobre los componentes básicos de la materia, pero los físicos reconocen que está incompleto. La supersimetría es una extensión del modelo estándar que tiene como objetivo llenar algunos de los vacíos. Predice una partícula asociada para cada partícula en el modelo estándar. Estas nuevas partículas resolverían un problema importante con el modelo estándar: fijar la masa del bosón higgs. Si la teoría es correcta, las partículas supersimétricas deberían aparecer en colisiones en el LHC.

A primera vista, el Modelo Estándar parece predecir que todas las partículas deberían estar sin masa, una idea que no concuerda con lo que observamos a nuestro alrededor. Los teóricos han ideado un mecanismo para dar masas de partículas que requiere la existencia de una nueva partícula, el bosón de Higgs. Sin embargo, es un enigma por qué el bosón de Higgs debería ser ligero, ya que las interacciones entre este y las partículas del modelo estándar tenderían a hacerlo muy pesado. Las partículas adicionales predichas por la supersimetría cancelarían las contribuciones a la masa de Higgs de sus socios del Modelo Estándar, haciendo posible un ligero bosón de Higgs. Las nuevas partículas interactuarían a través de las mismas fuerzas que las partículas del modelo estándar, pero tendrían masas diferentes. Si se incluyeran partículas supersimétricas en el Modelo Estándar, las interacciones de sus tres fuerzas, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles, podrían tener exactamente la misma fuerza a energías muy altas, como en el universo primitivo. Una teoría que une matemáticamente las fuerzas se llama una gran teoría unificada, un sueño de físicos que incluyen a Einstein.

La supersimetría también vincularía las dos clases diferentes de partículas conocidas como fermiones y bosones. Las partículas como las del Modelo estándar se clasifican como fermiones o bosones en función de una propiedad conocida como espín. Todos los fermiones tienen la mitad de una unidad de giro, mientras que los bosones tienen 0, 1 o 2 unidades de giro. La supersimetría predice que cada una de las partículas en el Modelo Estándar tiene un compañero con un espín que difiere en la mitad de una unidad. Entonces los bosones están acompañados por fermiones y viceversa. Vinculadas a sus diferencias de giro hay diferencias en sus propiedades colectivas. Los fermiones son muy distantes; cada uno debe estar en un estado diferente. Por otro lado, los bosones son muy clandestinos; Prefieren estar en el mismo estado. Los fermiones y los bosones parecen tan diferentes como podría ser, pero la supersimetría une a los dos tipos.

Finalmente, en muchas teorías, los científicos predicen que la partícula supersimétrica más ligera es estable y eléctricamente neutra e interactúa débilmente con las partículas del Modelo Estándar. Estas son exactamente las características requeridas para la materia oscura, pensada para formar la mayor parte de la materia en el universo y para mantener unidas a las galaxias. El modelo estándar por sí solo no proporciona una explicación para la materia oscura. La supersimetría es un marco que se basa en la sólida base del Modelo Estándar para crear una imagen más completa de nuestro mundo. Quizás la razón por la que todavía tenemos algunas de estas preguntas sobre el funcionamiento interno del universo es porque hasta ahora solo hemos visto la mitad de la imagen.

¿Qué es la simetría? Una transformación de variables (campos, operadores) que deja invariable el Lagrangiano (la dinámica de los campos). Las transformaciones forman un grupo: el conmutador de dos transformaciones es otra transformación. Si las transformaciones son entre bosones, se conmutan, si entre fermiones, se anti-conmutan. En la naturaleza, hasta ahora, no hay evidencia de que los fermiones y los bosones puedan ser parte de un grupo más grande que contiene fermiones y bosones, partículas capaces de pasar de fermiones a bosones y viceversa. Resulta que el anticommutador de dos sobrealimentaciones es igual al hamiltoniano. Dado que el hamiltoniano es el generador de las traducciones del tiempo, y la traducción del tiempo es una parte del grupo de Poincare y el grupo de Poincare es un subgrupo del grupo de transformaciones del espacio-tiempo y la teoría que se ocupa de las propiedades del espacio-tiempo, tenemos una teoría que conecta partículas y gravedad. Cuando las transformaciones de campo se hacen locales, la teoría resultante se llama supergravedad. La construcción de teorías supersimétricas, no es del todo libre. Las teorías supersimétricas se definen por el número de supercargos. Estos implican un giro más y más alto hasta que se alcanza el límite (spin = 2). Esa supersimetría máximamente extendida es la supergravedad de 11 dimensiones, que está conectada a la teoría M.

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