Суперсимметрия

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Суперсимметрия»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июнь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

За пределами стандартной модели
Смоделированные данные детектора частиц CMS на Большом адронном коллайдере, изображающие бозон Хиггса, образованный сталкивающимися протонами, распадающимися на адронные струи и электроны
Стандартная модель
Свидетельство Проблема иерархии Темная материя Темная энергия Квинтэссенция Фантомная энергия Темное излучение Темный фотон Проблема космологической постоянной Сильная проблема CP Колебания нейтрино
Теории Теория Бранса – Дике Гипотеза космической цензуры Пятая сила F-теория Теория всего Гипотеза математической вселенной Единая теория поля Теория Великого Объединения Море Дирака Разноцветный Теория Калуцы – Клейна Теория объективного коллапса Квантовая теория поля Квантовая теория поля в искривленном пространстве-времени Теория теплового квантового поля Топологическая квантовая теория поля Конформная теория поля Двумерная конформная теория поля Локальная квантовая теория поля Теория поля Лиувилля 6D (2,0) суперконформная теория поля Некоммутативная квантовая теория поля Квантовая механика Квантовая космология Космология браны Теория струн Теория суперструн М-теория Гипотеза математической вселенной Зеркальное дело Модель Рэндалла – Сундрама теория де Бройля – Бома Стохастическая электродинамика Гипотеза термализации собственного состояния Теория Янга – Миллса N = 4 суперсимметричная теория Янга – Миллса Твисторная теория струн Темная жидкость Теория рассеяния Теория сверхтекучего вакуума Двойная специальная теория относительности инвариант де Ситтера специальная теория относительности Причинные фермионные системы Квантовая термодинамика Термодинамика черной дыры Цифровая физика Физика без частиц Гравифотон Гравискалар Гравитон Гравитино Массивная гравитация Теория Янга – Миллса Калибровочная теория Теория калибровочной гравитации Калибровочная теория гравитации Теория скрытых переменных Теория пилотных волн Симметрия CPT
Суперсимметрия MSSM NMSSM Теория суперструн М-теория Супергравитация Нарушение суперсимметрии Большие дополнительные размеры
Квантовая гравитация Ложный вакуум Теория струн Отжим пена Квантовая пена Квантовая геометрия Петлевая квантовая гравитация Квантовая космология Петлевая квантовая космология Причинная динамическая триангуляция Причинные фермионные системы Причинные множества Симметрия событий Каноническая квантовая гравитация Полуклассическая гравитация Теория сверхтекучего вакуума
Эксперименты ЭННИ Гран Сассо Я НЕ LHC SNO Супер-К Теватрон Новая звезда
v т е

В физике элементарных частиц , суперсимметрия ( SUSY ) является предположением , связь между двумя основными классами элементарных частиц : бозоны , которые имеют целочисленный спин и фермионами , которые имеют полуцелый спин. ^{[1] [2]} Тип пространственно-временной симметрии , суперсимметрия является возможным кандидатом в неоткрытую физику элементарных частиц и рассматривается некоторыми физиками как элегантное решение многих текущих проблем в физике элементарных частиц, если будет подтверждено правильно, что может разрешить различные области, в которых существуют текущие теории. считаются неполными. Суперсимметричное продолжениеСтандартная модель может решить основные проблемы иерархии в калибровочной теории , гарантируя, что квадратичные расходимости всех порядков будут сокращаться в теории возмущений .

В суперсимметрии каждая частица из одной группы будет иметь связанную частицу в другой, известную как ее суперпартнер , спин которой отличается на полуцелое число. Этими суперпартнерами будут новые и неоткрытые частицы; например, была бы частица, называемая «селектроном» (суперпартнер-электрон), бозонный партнер электрона . В простейших теориях суперсимметрии с совершенно « ненарушенной » суперсимметрией каждая пара суперпартнеров будет иметь одинаковую массу и внутренние квантовые числа, помимо спина. Поскольку мы рассчитываем найти этих «суперпартнеров» на современном оборудовании,если суперсимметрия существует, то она состоит из спонтанно нарушенной симметрии, что позволяет суперпартнерам отличаться по массе. ^{[3] [4] [5]} Спонтанно нарушенная суперсимметрия может решить многие проблемы физики элементарных частиц , включая проблему иерархии .

Нет никаких экспериментальных доказательств того, что суперсимметрия верна или могут ли другие расширения существующих моделей быть более точными. Только примерно с 2010 года начали работать ускорители элементарных частиц, специально разработанные для изучения физики за пределами Стандартной модели (то есть Большой адронный коллайдер (БАК), и неизвестно, где именно искать, ни энергии, необходимые для успешного поиска.

Основные причины, по которым суперсимметрия поддерживается некоторыми физиками, заключается в том, что текущие теории, как известно, неполны, а их ограничения хорошо установлены, и суперсимметрия может быть привлекательным решением некоторых из основных проблем. ^{[6] [7]}

Мотивации [ править ]

Прямое подтверждение повлечет за собой создание суперпартнеров в экспериментах на коллайдерах, таких как Большой адронный коллайдер . Первые запуски LHC не обнаружили никаких ранее неизвестных частиц, кроме бозона Хиггса, который, как предполагалось, уже существовал как часть Стандартной модели , и, следовательно, никаких доказательств суперсимметрии. ^{[6] [7]}

Косвенные методы включают поиск постоянного электрического дипольного момента (EDM) в известных частицах Стандартной модели, который может возникнуть, когда частица Стандартной модели взаимодействует с суперсимметричными частицами. В настоящее время наилучшее ограничение на электрический дипольный момент электрона ставит его меньше, чем 10 ^-28 э · см, что эквивалентно чувствительности к новой физике в масштабе ТэВ и соответствует чувствительности лучших современных коллайдеров частиц. ^[8] Постоянный EDM в любой фундаментальной частице указывает на нарушение физики обращения времени и, следовательно, на нарушение CP-симметрии через теорему CPT. Такие эксперименты EDM также намного более масштабируемы, чем обычные ускорители частиц, и предлагают практическую альтернативу обнаружению физики за пределами стандартной модели, поскольку эксперименты на ускорителях становятся все более дорогостоящими и сложными в обслуживании. Текущий наилучший предел для ЭДМ электрона уже достиг чувствительности, чтобы исключить так называемые «наивные» версии суперсимметрии. ^[9]

Эти открытия разочаровали многих физиков, которые полагали, что суперсимметрия (и другие теории, основанные на ней) были наиболее многообещающими теориями для «новой» физики, и надеялись на признаки неожиданных результатов этих исследований. ^{[10] [11]} Бывший активный сторонник Михаил Шифман дошел до того, что призвал теоретическое сообщество искать новые идеи и признать, что суперсимметрия - несостоятельная теория. ^[12] Это мнение не является общепринятым, поскольку некоторые исследователи полагают, что этот кризис « естественности » был преждевременным, потому что различные расчеты были слишком оптимистичными относительно пределов масс, которые позволили бы принять решение на основе суперсимметрии. ^{[13] [14]}

Чтобы примирить отсутствие экспериментальных доказательств для SUSY, некоторые исследователи предполагают, что ландшафт теории струн может иметь степенное статистическое притяжение для мягких условий, нарушающих SUSY, до больших значений (в зависимости от количества полей, нарушающих SUSY в скрытых секторах, вносящих вклад в мягкие условия) . ^[15] Если это сочетается с антропным требованием, чтобы вклад в слабую шкалу не превышал коэффициент между 2 и 5 от ее измеренного значения (как утверждают Агравал и др. ^[16] ), то масса Хиггса увеличивается до около 125 ГэВ, в то время как большинство частиц притягиваются к значениям, выходящим за пределы текущей досягаемости LHC. ^[17]Исключение составляют хиггсино, которые набирают массу не из-за нарушения SUSY, а из-за любого механизма, решающего проблему SUSY-mu. Рождение легкой пары хиггсино в сочетании с излучением жесткой струи в исходном состоянии приводит к мягкому сигналу «дилептон плюс джет» противоположного знака и отсутствующему сигналу поперечной энергии. ^[18] Такое превышение, кажется, появляется в текущих данных Атласа с 139 фб ^-1 интегральной светимости. ^[19]

Предполагаемые выгоды [ править ]

Существует множество феноменологических причин суперсимметрии, близкой к электрослабой шкале, а также технических причин суперсимметрии любого масштаба.

Проблема иерархии [ править ]

Суперсимметрия, близкая к электрослабой шкале, решает проблему иерархии , присущую Стандартной модели . ^[20] В Стандартной модели электрослабый масштаб получает огромные квантовые поправки планковского масштаба . Наблюдаемая иерархия между электрослабой шкалой и шкалой Планка должна быть достигнута с чрезвычайно точной настройкой . В суперсимметричной теории , с другой стороны, квантовые поправки планковского масштаба сокращаются между партнерами и суперпартнерами (из-за знака минус, связанного с фермионными петлями). Иерархия между электрослабой шкалой и шкалой Планка достигается естественным путем. манерой, без особой доводки.

Унификация манометрической муфты [ править ]

Идея объединения калибровочных групп симметрии при высоких энергиях называется теорией Великого объединения . Однако в Стандартной модели слабая , сильная и электромагнитная связи не могут объединиться при высокой энергии. В теории суперсимметрии модифицируется работа калибровочных муфт и достигается точное высокоэнергетическое объединение калибровочных муфт. Модифицированный ход также обеспечивает естественный механизм радиационного нарушения электрослабой симметрии .

Темная материя [ править ]

Суперсимметрия на уровне ТэВ (дополненная дискретной симметрией) обычно обеспечивает кандидатуру частицы темной материи в масштабе массы, согласующемся с расчетами содержания тепловых реликтов. ^{[21] [22]}

Другие технические мотивы [ править ]

Суперсимметрия также мотивируется решениями нескольких теоретических проблем, как правило, для обеспечения многих желаемых математических свойств и для обеспечения разумного поведения при высоких энергиях. Суперсимметричную квантовую теорию поля часто намного проще анализировать, поскольку многие другие проблемы становятся математически решаемыми. Когда суперсимметрия вводится как локальная симметрия, общая теория относительности Эйнштейна включается автоматически, и результат называется теорией супергравитации . Это также необходимая особенность самого популярного кандидата в теорию всего , теории суперструн , а теория SUSY могла бы объяснить проблему космологической инфляции..

Еще одно теоретически привлекательное свойство суперсимметрии состоит в том, что она предлагает единственную «лазейку» в теореме Коулмана – Мандулы , которая запрещает комбинировать пространство-время и внутреннюю симметрию любым нетривиальным образом для квантовых теорий поля, таких как Стандартная модель, с очень общими предположениями. Теорема Хаага – Лопушанского – Сониуса демонстрирует, что суперсимметрия - единственный способ согласованного сочетания пространства-времени и внутренней симметрии. ^[23]

История [ править ]

Суперсимметрия, связывающая мезоны и барионы, была впервые предложена в контексте адронной физики Хиронари Миядзава в 1966 году. Эта суперсимметрия не затрагивала пространство-время, то есть касалась внутренней симметрии, и была сильно нарушена. В то время работы Миядзавы в значительной степени игнорировались. ^{[24] [25] [26] [27]}

JL Gervais и Б. Сакита (в 1971 г.), ^[28] Ю.. А. Гольфанд и Е.П. Лихтман (также в 1971 г.) и Д. В. Волков и В. П. Акулов (1972), ^{[29] [ полная ссылка ]} независимо переоткрыли суперсимметрию в контексте квантовой теории поля , радикально нового типа симметрии пространства-времени и фундаментальные поля, которые устанавливают связь между элементарными частицами разной квантовой природы, бозонами и фермионами, и объединяют пространство-время и внутреннюю симметрию микроскопических явлений. Суперсимметрия с последовательной алгебраической градуированной структурой Ли, на которой непосредственно было основано переоткрытие Жерве-Сакиты, впервые возникла в 1971 г. ^[30]в контексте ранней версии теории струн по Пьером Рамона , Джон Х. Шварц и Андре Neveu .

Наконец, Джулиус Весс и Бруно Зумино (в 1974 г.) ^[31] определили характерные особенности перенормировки четырехмерных суперсимметричных теорий поля, которые определили их как замечательные КТП, и они, Абдус Салам и их коллеги представили первые приложения физики элементарных частиц. Математическая структура суперсимметрии ( градуированные супералгебры Ли ) впоследствии успешно применялась к другим темам физики, начиная от ядерной физики , ^{[32] [33]} критических явлений , ^[34] квантовой механики до статистической физики.. Он остается важной частью многих предложенных теорий физики.

Первая реалистичная суперсимметричная версия Стандартной модели была предложена в 1977 году Пьером Файе и известна как минимальная суперсимметричная стандартная модель или сокращенно MSSM. Предлагалось, в том числе, решить проблему иерархии .

Приложения [ править ]

Расширение возможных групп симметрии [ править ]

Одна из причин, по которой физики исследовали суперсимметрию, заключается в том, что она предлагает расширение более знакомых симметрий квантовой теории поля. Эти симметрии сгруппированы в группу Пуанкаре и внутренние симметрии, и теорема Коулмана – Мандулы показала, что при определенных предположениях симметрии S-матрицы должны быть прямым произведением группы Пуанкаре с компактной внутренней группой симметрии или, если нет любой массовой щели , конформная группас компактной внутренней группой симметрии. В 1971 году Гольфанд и Лихтман первыми показали, что алгебра Пуанкаре может быть расширена за счет введения четырех антикоммутирующих спинорных генераторов (в четырех измерениях), которые позже стали известны как суперзаряды. В 1975 г. теорема Хаага – Лопушанского – Сониуса проанализировала все возможные супералгебры в общем виде, в том числе с расширенным числом супергенераторов и центральных зарядов . Эта расширенная суперпуанкаре-алгебра проложила путь к получению очень большого и важного класса суперсимметричных теорий поля.

Алгебра суперсимметрии [ править ]

Традиционные симметрии физики порождаются объектами, которые преобразуются тензорными представлениями группы Пуанкаре и внутренними симметриями. Однако суперсимметрии порождаются объектами, которые трансформируются с помощью спиновых представлений . Согласно теореме спиновой статистики , бозонные поля коммутируют, а фермионные поля антикоммутируют . Объединение двух видов полей в единую алгебру требует введения Z 2 -градуировки.при котором бозоны являются четными элементами, а фермионы - нечетными элементами. Такая алгебра называется супералгеброй Ли .

Простейшим суперсимметричным расширением алгебры Пуанкаре является алгебра Суперпуанкаре . Выражается в терминах двух спиноров Вейля , имеет следующее антикоммутационное соотношение:

${\ displaystyle \ {Q _ {\ alpha}, {\ bar {Q}} _ {\ dot {\ beta}} \} = 2 (\ sigma ^ {\ mu}) _ {\ alpha {\ dot {\ beta }}} P _ {\ mu}}$

и все другие антикоммутационные соотношения между Q s и коммутационные соотношения между Q s и P s равны нулю. В приведенном выше выражении P _μ = - i ∂ _μ - генераторы трансляции, а σ ^μ - матрицы Паули .

Существуют представления супералгебры Ли , аналогичные представлениям алгебры Ли. У каждой алгебры Ли есть ассоциированная группа Ли, а супералгебра Ли иногда может быть расширена до представления супергруппы Ли .

Суперсимметричная стандартная модель [ править ]

Включение суперсимметрии в Стандартную модель требует удвоения количества частиц, поскольку никакие частицы в Стандартной модели не могут быть суперпартнерами друг друга. С добавлением новых частиц появляется много возможных новых взаимодействий. Простейшей возможной суперсимметричной моделью, совместимой со Стандартной моделью, является минимальная суперсимметричная стандартная модель (MSSM), которая может включать необходимые дополнительные новые частицы, которые могут быть суперпартнерами частиц в Стандартной модели .

Одна из главных мотиваций для SUSY исходит из квадратично расходящихся вкладов в квадрат массы Хиггса. Квантово-механические взаимодействия бозона Хиггса вызывают большую перенормировку массы Хиггса, и если не происходит случайного сокращения, естественный размер массы Хиггса является максимально возможным масштабом. Эта проблема известна как проблема иерархии . Суперсимметрия уменьшает размер квантовых поправок за счет автоматической компенсации между фермионным и бозонным взаимодействиями Хиггса. Если суперсимметрия восстанавливается в слабом масштабе, то масса Хиггса связана с нарушением суперсимметрии, которое может быть вызвано небольшими непертурбативными эффектами, объясняющими совершенно разные масштабы слабых взаимодействий и гравитационных взаимодействий.

Во многих суперсимметричных Стандартных моделях есть тяжелая стабильная частица (например, нейтралино ), которая может служить кандидатом в слабовзаимодействующую массивную частицу (WIMP) темной материи . Существование суперсимметричного кандидата в темную материю тесно связано с R-четностью .

Стандартная парадигма для включения суперсимметрии в реалистичную теорию состоит в том, чтобы базовая динамика теории была суперсимметричной, но основное состояние теории не соблюдает симметрию, и суперсимметрия нарушается спонтанно . Нарушение суперсимметрии не может происходить постоянно частицами MSSM в том виде, в котором они появляются в настоящее время. Это означает, что есть новый сектор теории, ответственный за взлом. Единственное ограничение на этот новый сектор состоит в том, что он должен постоянно нарушать суперсимметрию и давать суперчастицам массы масштаба ТэВ. Есть много моделей, которые могут это сделать, и большинство их деталей не имеют значения. Чтобы параметризовать соответствующие особенности нарушения суперсимметрии, произвольное мягкое нарушение суперсимметрии В теорию добавлены термины, которые временно нарушают SUSY явно, но никогда не могут возникнуть из полной теории нарушения суперсимметрии.

Унификация манометрической муфты [ править ]

Суперсимметрия может обеспечить унификацию калибровочной связи. Ренормгруппа эволюция три калибровочных констант связи в стандартной модели несколько чувствительной к настоящему содержанию частиц теории. Эти константы связи не совсем совпадают на общей шкале энергий, если мы запустим ренормгруппу с использованием Стандартной модели . ^{[35] [36]} После включения минимального SUSY совместная сходимость констант связи прогнозируется на уровне примерно 10 ¹⁶  ГэВ . ^[35]

Суперсимметричная квантовая механика [ править ]

Суперсимметричная квантовая механика добавляет супералгебру SUSY к квантовой механике в отличие от квантовой теории поля . Суперсимметричная квантовая механика часто становится актуальной при изучении динамики суперсимметричных солитонов , и из-за упрощенного характера наличия полей, которые являются только функциями времени (а не пространства-времени), в этом предмете был достигнут большой прогресс, и он теперь изучается самостоятельно.

Квантовая механика SUSY включает пары гамильтонианов, которые разделяют определенные математические отношения, которые называются партнерскими гамильтонианами . (Члены потенциальной энергии, входящие в гамильтонианы, тогда известны как партнерские потенциалы .) Вводная теорема показывает, что для каждого собственного состоянияодного гамильтониана, его партнерский гамильтониан имеет соответствующее собственное состояние с той же энергией. Этот факт можно использовать для вывода многих свойств спектра собственных состояний. Это аналогично первоначальному описанию SUSY, которое относилось к бозонам и фермионам. Мы можем представить себе «бозонный гамильтониан», собственными состояниями которого являются различные бозоны нашей теории. SUSY-партнер этого гамильтониана будет «фермионным», а его собственными состояниями будут фермионы теории. У каждого бозона будет фермионный партнер с равной энергией.

Суперсимметрия в физике конденсированного состояния [ править ]

Концепции SUSY предоставили полезные расширения для приближения WKB . Кроме того, SUSY применялся к системам с усредненным беспорядком, как квантовым, так и неквантовым (посредством статистической механики ), уравнение Фоккера – Планка является примером неквантовой теории. «Суперсимметрия» во всех этих системах возникает из-за того, что моделируется одна частица, и как таковая «статистика» не имеет значения. Использование метода суперсимметрии обеспечивает математически строгую альтернативу трюку с репликами , но только в невзаимодействующих системах, который пытается решить так называемую «проблему знаменателя» при усреднении по беспорядку. Подробнее о применении суперсимметрии вфизика конденсированного состояния см. Ефетов (1997). ^[37]

Суперсимметрия в оптике [ править ]

Интегрированная оптика была недавно обнаружена ^[38], чтобы обеспечить благодатную почву, на которой некоторые ответвления SUSY могут быть исследованы в легко доступных лабораторных условиях. Используя аналогичную математическую структуру квантово-механического уравнения Шредингера и волнового уравнения, управляющего эволюцией света в одномерных условиях, можно интерпретировать распределение показателя преломления структуры как потенциальный ландшафт, в котором распространяются пакеты оптических волн. Таким образом, новый класс функциональных оптических структур с возможными применениями в фазовом согласовании , преобразовании мод ^[39] и мультиплексировании с пространственным разделениемстановится возможным. SUSY-преобразования были также предложены как способ решения обратных задач рассеяния в оптике и как оптика одномерного преобразования ^[40]

Суперсимметрия в динамических системах [ править ]

Все стохастические (частные) дифференциальные уравнения, модели для всех типов динамических систем с непрерывным временем, обладают топологической суперсимметрией. ^{[41] [42]} В представлении оператора стохастической эволюции, топологический суперсимметрия является внешней производной , которая является коммутативной с стохастическим оператором эволюции определяется как стохастический усредненной откате , индуцированной на дифференциальных формах с помощью СД определенных диффеоморфизмов в фазовом пространстве . Топологический сектор зарождающейся суперсимметричной теории стохастической динамики можно признать топологической теорией поля типа Виттена .

Смысл топологической суперсимметрии в динамических системах заключается в сохранении непрерывности фазового пространства - бесконечно близкие точки останутся близкими во время непрерывной временной эволюции даже при наличии шума. Когда топологическая суперсимметрия нарушается спонтанно, это свойство нарушается в пределе бесконечно долгой временной эволюции, и можно сказать, что модель демонстрирует (стохастическое обобщение) эффект бабочки . С более общей точки зрения, спонтанное нарушение топологической суперсимметрии является теоретической сущностью вездесущего динамического явления, известного как хаос , турбулентность , самоорганизованная критичность и т. Д. Теорема Голдстоуна объясняет связанное с этим возникновение дальнодинамического поведения, которое проявляется как 1/жшум , эффект бабочки и безмасштабная статистика внезапных (инстантонных) процессов, таких как землетрясения, нейроваланчи и солнечные вспышки, известные как закон Ципфа и шкала Рихтера .

Суперсимметрия в математике [ править ]

SUSY также иногда изучается математически на предмет его внутренних свойств. Это потому, что он описывает комплексные поля, удовлетворяющие свойству, известному как голоморфность , которое позволяет точно вычислять голоморфные величины. Это делает суперсимметричные модели полезными « игрушечными моделями » более реалистичных теорий. Ярким примером этого является демонстрация S-дуальности в четырехмерных калибровочных теориях ^[43], которая меняет местами частицы и монополи .

Доказательство теоремы Атьи – Зингера об индексе значительно упрощается за счет использования суперсимметричной квантовой механики.

Суперсимметрия в квантовой гравитации [ править ]

Суперсимметрия является частью теории, а суперструн теория струн в квантовой гравитации , хотя теоретически может быть компонентом других теорий квантовой гравитации, а также , например, петлевой квантовой гравитации . Чтобы теория суперструн была непротиворечивой, на каком-то уровне, кажется, требуется суперсимметрия (хотя это может быть сильно нарушенная симметрия). Если экспериментальные данные подтверждают суперсимметрию в виде суперсимметричных частиц, таких как нейтралино, который часто считается самым легким суперпартнером, некоторые люди считают, что это станет серьезным толчком к теории суперструн. Поскольку суперсимметрия является обязательным компонентом теории суперструн, любая обнаруженная суперсимметрия будет согласована с теорией суперструн. Если Большой адронный коллайдер и другие крупные эксперименты по физике элементарных частиц не смогут обнаружить суперсимметричных партнеров, многие версии теории суперструн, которые предсказывали наличие определенных маломассивных суперпартнеров для существующих частиц, могут нуждаться в значительном пересмотре.

Общая суперсимметрия [ править ]

Суперсимметрия появляется во многих связанных контекстах теоретической физики. Возможно иметь несколько суперсимметрий, а также суперсимметричные дополнительные измерения.

Расширенная суперсимметрия [ править ]

Может быть более одного вида преобразования суперсимметрии. Теории с более чем одним преобразованием суперсимметрии известны как расширенные суперсимметричные теории. Чем больше суперсимметрии в теории, тем более ограничены содержание поля и взаимодействия. Обычно количество копий суперсимметрии является степенью 2 (1, 2, 4, 8 ...). В четырех измерениях спинор имеет четыре степени свободы, и, таким образом, минимальное количество генераторов суперсимметрии равно четырем в четырех измерениях, а наличие восьми копий суперсимметрии означает, что существует 32 генератора суперсимметрии.

Максимальное возможное количество генераторов суперсимметрии - 32. Теории с более чем 32 генераторами суперсимметрии автоматически имеют безмассовые поля со спином больше 2. Неизвестно, как заставить взаимодействовать безмассовые поля со спином больше двух, поэтому максимальное количество генераторов суперсимметрии считается 32. Это связано с теоремой Вайнберга – Виттена . Это соответствует N  = 8 ^{[ требуется пояснение ]} теории суперсимметрии. Теории с 32 суперсимметрией автоматически имеют гравитон .

Для четырех измерений существуют следующие теории с соответствующими мультиплетами ^[44] (CPT добавляет копию, если они не инвариантны относительно такой симметрии):

N = 1	Киральный мультиплет	(0,	1/2)
	Векторный мультиплет	(1/2,	1)
	Мультиплет гравитино	(1,	3/2)
	Мультиплет гравитона	(3/2,	2)
N = 2	Гипермультиплет	(-1/2,	0 2 ,	1/2)
	Векторный мультиплет	(0,	1/2 2 ,	1)
	Мультиплет супергравитации	(1,	3/2 2 ,	2)
N = 4	Векторный мультиплет	(−1,	-1/2 4 ,	0 6 ,	1/2 4 ,	1)
	Мультиплет супергравитации	(0,	1/2 4 ,	1 6 ,	3/2 4 ,	2)
N = 8	Мультиплет супергравитации	(−2,	-3/2 8 ,	−1 28 ,	-1/2 56 ,	0 70 ,	1/2 56 ,	1 28 ,	3/2 8 ,	2)

Суперсимметрия в альтернативных числах измерений [ править ]

Возможна суперсимметрия в других измерениях, кроме четырех. Поскольку свойства спиноров сильно меняются между разными измерениями, каждое измерение имеет свои характеристики. В размерах d размер спиноров составляет примерно 2 ^{d / 2} или 2 ^{( d  - 1) / 2} . Поскольку максимальное количество суперсимметрий равно 32, максимальное количество измерений, в которых может существовать суперсимметричная теория, равно одиннадцати. ^{[ необходима цитата ]}

Дробная суперсимметрия [ править ]

Дробная суперсимметрия - это обобщение понятия суперсимметрии, в котором минимальное положительное количество спина не обязательно 1/2 но может быть произвольным 1/Nдля целочисленного значения N . Такое обобщение возможно в двух или меньшем количестве измерений пространства-времени .

Текущий статус [ править ]

Суперсимметричные модели ограничены множеством экспериментов, включая измерения наблюдаемых низких энергий - например, аномального магнитного момента мюона в Фермилабе ; WMAP измерение плотности темной материи и эксперименты прямого обнаружения - например, ксенон -100 и LUX ; а также экспериментами на коллайдере частиц, включая B-физику , феноменологию Хиггса и прямой поиск суперпартнеров (частиц), на Большом электрон-позитронном коллайдере , Тэватроне и LHC.. Фактически, ЦЕРН публично заявляет, что если суперсимметрия «верна, суперсимметричные частицы должны появляться при столкновениях на LHC». ^[45]

Исторически сложилось так, что самые жесткие ограничения были связаны с прямым производством на коллайдерах. Первые пределы массы для скварков и глюиных были сделаны в ЦЕРНЕ в UA1 эксперименте и UA2 эксперимент на протонном суперсинхротроне . Позже LEP установил очень строгие ограничения ^[46], которые в 2006 году были расширены экспериментом D0 на Тэватроне. ^{[47] [48]} Из 2003-2015, WMAP - х и Планки «ы темной материи измерения плотности сильно сдерживается модель суперсимметрии, которые, если они объясняют темную материю, должны быть настроены для вызова конкретного механизма достаточно уменьшить Нейтралино плотность.

До начала работы LHC, в 2009 году, соответствие доступных данных CMSSM и NUHM1 показало, что скварки и глюино, скорее всего, имели массы в диапазоне от 500 до 800 ГэВ, хотя значения до 2,5 ТэВ допускались с низкой вероятностью. . Ожидалось, что нейтралино и слептоны будут довольно легкими, причем самый легкий нейтралино и самый легкий стау, скорее всего, будут обнаружены между 100 и 150 ГэВ. ^[49]

Первый запуск LHC не обнаружил никаких доказательств суперсимметрии и, как результат, превзошел существующие экспериментальные пределы для Большого электронно-позитронного коллайдера и Теватрона и частично исключил вышеупомянутые ожидаемые диапазоны. ^[50]

В 2011–2012 годах на LHC был обнаружен бозон Хиггса с массой около 125 ГэВ и связями с фермионами и бозонами, которые согласуются со Стандартной моделью . MSSM предсказывает, что масса легчайшего бозона Хиггса не должна быть намного больше массы Z-бозона и, в отсутствие точной настройки (с масштабом нарушения суперсимметрии порядка 1 ТэВ), не должна превышать 135 ГэВ. ^[51]

Результат LHC кажется проблематичным для минимальной суперсимметричной модели, поскольку значение 125 ГэВ относительно велико для модели и может быть достигнуто только с большими радиационными петлевыми поправками от верхних скварков , которые многие теоретики считают "неестественными" (см. Естественность ( см. физика) и тонкая настройка ). ^[52] Некоторые исследователи стремятся примирить текущую ситуацию с концепцией «струнной естественности» ^[53], когда масса Хиггса притягивается за счет эффектов струнного ландшафта до 125 ГэВ и масс частиц, вытягиваемых за пределы досягаемости нынешнего LHC.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Теоретические введения, бесплатно и в Интернете [ править ]

Монографии [ править ]

Об экспериментах [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

В Wikiquote есть цитаты, связанные с: Суперсимметрия

• Суперсимметрия (физика) в Британской энциклопедии
• Что говорят текущие результаты LHC (середина августа 2011 г.) о суперсимметрии? Мэтт Страсслер
• Документы по поиску суперсимметрии эксперимента ATLAS
• CMS Experiment Supersymmetry search документы
• «Колебание частиц вызывает суперсимметрию» , журнал « Космос », сентябрь 2006 г.
• Результаты LHC поставили теорию суперсимметрии «под удар » BBC news 27/8/2011
• SUSY выходит из тайников новости BBC 12/11/2012
• "Суперсимметрия в оптике?" . Skullsinthestars.com . Черепа в звездах. 22 августа 2013 . Проверено 23 августа 2016 года . блог