Αναπτύχθηκε μέθοδος για να προσδιοριστούν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια σε συνθήκες όμοιες του Big Bang

Πηγή: ScienceDaily, 18 Ιανουαρίου 2008

Τρεις ερευνητές έχουν προτείνει μια νέα προσέγγιση για την ανακάλυψη των υπερσυμμετρικών σωματιδίων, που συχνά λέγονται sparticles, και αναμένονται να βρεθούν στο Μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων (LHC) στη Γενεύη. Η μεθοδολογία τους είναι βασισμένη στην ταυτοποίηση των ιεραρχικών μοτίβων των μαζών των sparticles, που υπάρχουν στις νέες θεωρίες της σωματιδιακής φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Η αναμενόμενη παραγωγή των sparticles στους επιταχυντές υψηλής ενέργειας σχετίζεται ισχυρά με τα μοτίβα των μαζών των υπερσυμμετρικών σωματιδίων (sparticle). Οι Pran Nath, Daniel Feldman και Zuowei Liu έχουν χρησιμοποιήσει αυτόν τον συσχετισμό για να ταυτοποιήσουν τα sparticles που θα δημιουργηθούν στο LHC. Ο LHC, που είναι κοντά στην ολοκλήρωση του και πρόκειται να αρχίσει τη λειτουργία του μέσα στο καλοκαίρι του 2008, θα είναι η μεγαλύτερη μηχανή του κόσμου στην παραγωγή υποατομικών σωματιδίων σε συνθήκες παρόμοιες με αυτές που εμφανίστηκαν στη Μεγάλη Έκρηξη.

"Ο LHC θα μας επιτρέψει την εξερεύνηση της φυσικής σωματιδίων σε εκείνες τις ενεργειακές κλίμακες που δεν έχουν εξεταστεί ποτέ πριν," λέει ο Nath, καθηγητής της φυσικής στο Northeastern πανεπιστήμιο. "Αυτή η έρευνα έχει τη δυνατότητα να εμβαθύνει την κατανόηση της φύσης της φυσικής στο πιο βασικό επίπεδό της," είπε.

Οι μάζες των 32 υπερσυμμετρικών σωματιδίων μπορούν να παραχθούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, δημιουργώντας ένα τοπίο των ιεραρχιών των μαζών με πολυάριθμα πιθανά μοτίβα υπερσυμμετρικών σωματιδίων. Η παραγωγή των τεσσάρων πρώτων sparticles δημιουργεί ένα τοπίο με δέκα χιλιάδες περίπου δυνατότητες, και το τοπίο των δυνατοτήτων γίνεται τεράστιο εάν βάλουμε και τα 32 sparticles. Μόνο μία δυνατότητα από αυτόν τον απίστευτα μεγάλο αριθμό υπάρχει στη φύση, και αυτή ακριβώς η δυνατότητα μπορεί να ανακαλυφθεί στον επιταχυντή LHC.

Η νέα προσέγγιση αναπτύχθηκε στη βάση του μοντέλου της υπερβαρύτητας (mSUGRA), το οποίο γεννήθηκε από τον Pran Nath το 1982 και είναι ένα από τα κύρια  υποψήφια μοντέλα για τη νέα φυσική πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο. Σε αυτήν τη νέα εργασία, οι ερευνητές έχουν δείξει ότι ο αριθμός των πιο πάνω δυνατοτήτων μειώνεται πάρα πολύ, κάτω από 16 μοτίβα μάζας για τα 4 ελαφρύτερα υπερσυμμετρικά σωματίδια, στην θεωρίας της mSUGRA.

Οι συντάκτες μελέτησαν την υπογραφή των 16 μοτίβων στο μελλοντικό επιταχυντή LHC και προτείνουν τρόπους με τους οποίους οι ερευνητές στο LHC μπορούν να διακρίνουν τα διάφορα μοτίβα, και να ταυτοποιήσουν έτσι τα sparticles με την ελάχιστη μάζα. Επειδή οι ιεραρχίες των μαζών επηρεάζουν το γενικό ρυθμό παραγωγής διάφορων sparticles, το ιεραρχικό τους μοτίβο των μαζών θα καθορίσει τις υπογραφές τους στον επιταχυντή.

"Στεκόμαστε αληθινά στο κατώφλι των επαναστατικών ανακαλύψεων στη σωματιδιακή φυσική και η μελέτη των μοτίβων που προτείνουμε θα μπορούσε να είναι πολύ σημαντική στην αναζήτηση των sparticles, καθώς επίσης και στην ανακάλυψης της νέας φυσικής στον επιταχυντή  LHC," συμπληρώνει ο Nath.

Μέχρι σήμερα έχουν προταθεί νέες θεωρίες, πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο, με σκοπό την κατανόηση των αναπάντητων ακόμα ερωτημάτων για το τι συνέβαινε στον Κόσμο, αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Σύμφωνα με τη θεωρία της υπερσυμμετρίας μόλις γεννήθηκαν τα γνωστά λεπτόνια, φωτόνια και κουάρκ κατά το Big Bang, το καθένα από αυτά συνοδευόταν από ένα sparticle: τα sleptons, τα photinos και τα squarks αντίστοιχα. Αυτή η κατάσταση συνέβη σε μια εποχή όταν το σύμπαν δοκίμασε μια ταχύτατη αλλαγή φάσης που κράτησε περίπου, 10^-35 sec πριν τα γνωστά μας σωματίδια 'ξεμπλοκαριστούν'. Τα Sparticles έπαψαν να υπάρχουν από τότε.

Βασική συνέπεια της υπερσυμμετρίας είναι η εμφάνιση υπερσυμμετρικών σωματιδίων για κάθε υπάρχον σωματίδιο, με διαφορετικές αλλά παρεμφερείς ιδιότητες. Δηλαδή, για κάθε κουάρκ θα υπάρχει ένα άλλο σωματίδιο, το υπερσυμμετρικό κουάρκ (s-quark), ίσου φορτίου αλλά διαφορετικής μάζας, και για κάθε λεπτόνιο το αντίστοιχο υπερσυμμετρικό λεπτόνιο (s-lepton). Οι φορείς των δυνάμεων, όπως τα φωτόνια και τα W και Ζ, θα έχουν επίσης "αδελφά" σωματίδια, το δε μποζόνιο Higgs θα συμπληρωθεί από τουλάχιστον άλλα τέσσερα σωματίδια.

Γνωστά σωματίδια που φτιάχνουν την ύλη, και οι πιθανοί τους υπερσυνεργάτες (superpartners)