Суперсиметрія, наука, fandom powered by wikia
Суперсиметрія - гіпотетична симетрія. зв'язує бозони і ферміони в природі. Абстрактне перетворення суперсиметрії пов'язує бозонів і ферміонів квантові поля, так що вони можуть перетворюватися один в одного. Образно можна сказати, що перетворення суперсиметрії може переводити речовину у взаємодію (або у випромінювання), і навпаки.
Історія Правити
Вперше суперсиметрії запропонували в 1973 році австрійський фізик Юліус Весс і італійський фізик Бруно Зуміно для опису ядерних частинок. Математичний апарат теорії був відкритий ще раніше, в кінці 1960-х років, радянськими фізиками Ю. А. Гольфандом і Е. П. Ліхтманом. Суперсиметрія вперше виникла в контексті версії теорії струн. яку запропонували П'єр Рамон. Джон Шварц і Андре Неві. однак алгебра суперсиметрії пізніше стала успішно використовуватися і в інших областях фізики.
Суперсиметричних розширення Стандартної моделі Правити
Основна фізична модель сучасної фізики високих енергій - Стандартна модель - не є суперсиметричних, але може бути розширена до суперсиметричних теорії. Мінімальна суперсиметричних розширення Стандартної моделі називається «мінімальна суперсиметричних Стандартна модель» (МССМ). У МССМ необхідно додати додаткові поля так, щоб побудувати суперсиметричних мультіплет з кожним полем Стандартної моделі. Для матеріальних Ферміон полів - кварків і лептонів - потрібно ввести скалярні поля - Скварка і слептони, по два поля на кожне поле Стандартної моделі. Для векторних бозони полів - глюонів, фотонів, W- Z-бозонів - вводяться ферміони поля глюино, Фотину, Зіно і вино, також по два на кожну ступінь свободи Стандартної моделі. Для порушення електрослабкої симетрії в МССМ потрібно ввести 2 хиггсовских дуплет (у звичайній Стандартної моделі вводиться один хіггсовський дуплет), тобто в МССМ виникає 5 хиггсовских ступенів свободи - заряджений бозон Хіггса (2 ступеня свободи), легкий і важкий скалярний бозон Хіггса і Псевдоскалярний бозон Хіггса.
У будь-реалістичної суперсиметричних теорії повинен бути присутнім сектор, який порушує суперсиметрії. Найбільш природним порушенням суперсиметрії є введення в модель так званих м'яких порушують членів. В даний час розглядаються кілька варіантів порушення суперсиметрії.
- SUGRA - порушення суперсиметрії. засноване на взаємодії з гравітацією;
- GMSB - порушення за рахунок взаємодії з додатковими калібрувальними полями (з зарядами по групі Стандартної моделі);
- AMSB - порушення, також використовує взаємодію з гравітацією, але із застосуванням конформних аномалій.
Переваги ідеї суперсиметрії Правити
Теорії, що включають суперсиметрії, дають можливість вирішити кілька проблем, властивих Стандартної моделі:
- Рішення проблеми ієрархії. Одне з її проявів - величина радіаційних поправок до маси Хіггса. В рамках Стандартної моделі поправки до маси скалярного поля мають квадратичну форму і виявляються значно більше, ніж маса поля, що входить в лагранжіан. Для скорочення таких поправок до маси Хіггса параметри Стандартної моделі повинні мати дуже точно певні значення. В рамках МССМ поправки, як до ферміонів масам, так і скалярним, мають логарифмічну форму, і їх скорочення відбувається більш природно, але вимагає точної суперсиметрії. Крім того, дане рішення проблеми ієрархії передбачає, що маси суперпартнёров не можуть бути більше, ніж кілька сотень ГеВ. Цей аргумент дозволяє очікувати відкриття суперсиметрії на колайдері LHC.
- Уніфікація калібрувальних біжать констант. Відомо, що в калібрувальних теоріях виникає явище, що біжить константи, тобто значення константи взаємодії змінюється в залежності від того, на якому енергетичному масштабі спостерігається взаємодія. Стандартна модель базується на трьох різних калібрувальних групах. Значення констант цих груп різні на малих енергіях, і зі збільшенням енергії вони змінюються. На енергетичному рівні близько 100 ГеВ дві константи стають однаковими (явище електрослабкої об'єднання). На енергетичному рівні 10 16 ГеВ всі три константи сходяться приблизно до одного значення, але в Стандартної моделі вони не можуть стати рівними один одному. Тобто, строго кажучи, в рамках Стандартної моделі «велике об'єднання» (електрослабкої і сильної взаємодії) неможливо. Поправки за рахунок нових полів МССМ змінюють вигляд енергетичної еволюції констант, так що вони можуть зійтися в одну точку.
- Темна матерія. За останні роки в астрофізиці спостерігаються явища, що вказують на існування темної матерії. У МССМ природно виникає кандидат на пояснення цього феномена - нейтраліно. нейтральна стабільна частка.
Критика ідеї суперсиметрії Правити
- Подвоєння числа полів.
- Проблема mu члена.
- Ароматовая універсальність м'яких мас і A-членів.
- Трохи фаз CP-порушення.
Застосування математичного апарату суперсиметрії Правити
Незалежно від існування суперсиметрії в природі, математичний апарат суперсиметричних теорій виявляється корисним в самих різних областях фізики. Зокрема, суперсиметричних квантова механіка дозволяє знаходити точні рішення вельми нетривіальних рівнянь Шредінгера. Суперсиметрія виявляється корисною в деяких задачах статистичної фізики (наприклад, суперсиметричних сигма-модель).