בפוסט הקודם [1] דיברנו על חלק מן הבעיות של המודל הסטנדרטי, ועל תיאוריה בשם סופרסימטריה, המציעה פיתרון אלגנטי לבעיות אלו. סופרסימטריה חוזה כי ישנו "עותק נוסף" של כל חלקיקי המודל הסטנדרטי ("סופרפרטנרים"), הנבדלים מחלקיקי המודל הסטנדרטי בספין שלהם.
בפוסט הנוכחי נמשיך לדון בתאוריה זו, ונסביר קצת יותר כיצד היא מתארת את העולם שמעבר למודל הסטנדרטי.
אם סופרסימטריה קיימת בעולמנו, היא בהכרח סימטריה שבורה [2], כלומר סימטריה מדויקת באנרגיות גבוהות מספיק, הנשברת ספונטנית באנרגיות נמוכות יותר. הסיבה לכך היא שאילו סופרסימטריה הייתה נשמרת גם באנרגיות נמוכות, לסופרפרטנרים הייתה מסה זהה לחלקיקי המודל הסטנדרטי. אולם, אף אחד מהסופרפרטנרים טרם נצפה, ולכן אנו מניחים שאם הסופר פרטנרים קיימים, הם בעלי מסה גבוהה מהחלקיקים המאסיביים ביותר בהם צפינו עד כה במאיצים השונים.
ישנם מודלים רבים ושונים המתארים גרסאות שונות של סופרסימטריה ושל דרכי השבירה האפשריות שלה. אנו נתמקד בגרסה הפשוטה ביותר של הסופרסימטריה, הנקראת "המודל הסטנדרטי הסופרסימטרי המינימלי" , או מסס"מ [Minimal Super Symetric Model - MSSM) [3).
מודל זה מכיל את המספר הקטן ביותר של חלקיקים סופרסימטריים שלא סותר את תוצאות הניסויים עד כה.
המודל מכיל פרטנרים לכל אחד מחלקי המודל הסטנדרטי, כך שחלקיקי המודל הסטנדרטי יש סופרפרטנרים בעלי מטענים זהים, אך ספין ומסה שונים. למשל, הסופרפרטנר של האלקטרון נקרא סלקטרון, והוא בוזון בעל ספין 0.
אחת הבעיות הקשות במודלים של איחוד הכוחות היא יציבותו של הפרוטון [4]. מעולם לא נצפתה דעיכת פרוטון. אנו יודעים מניסויים שונים כי אורך חייו של הפרוטון הוא לכל הפחות 10 בחזקת 34 שנים. בתורות ״רגילות״ של איחוד הכוחות הפרוטון צפוי לדעוך, אם כי באופן נדיר. זמן מחצית חיים אופייני של פרוטון לפי חלק מן המודלים הוא כ 10 בחזקת 32 שנה.
המסס"מ מציג סימטריה חדשה, הנקראת R-Parity [5[. סימטריה זו, בהנחה שהיא אכן קיימת, מונעת את דעיכתו של הפרוטון.
בנוסף, סימטריה זו קובעת כי סופרפרטנר לא יכול לדעוך לחלקיקי המודל הסטנדרטי בלבד. המשמעות היא כי החלקיק הסופרסימטרי הקל ביותר הוא יציב, ולא יכול לדעוך לפוטונים, למשל. לפיכך, בהנחה שהסופר פרטנר הקל ביותר איננו טעון חשמלית, הוא הופך למועמד מצוין למסה האפלה ביקום שלנו.
עד היום לא נצפו עדויות לקיומה של סופרסימטריה במאיצי החלקיקים. הציפיה היתה שאם סופרסימטריה קיימת הרי שהיא כבר היתה מתגלית בניסויים הנערכים במאיץ החלקיקים LHC שבז׳נבה.
גם אם סופרסימטריה איננה קיימת בטבע, הרי שהיא כלי תאורטי חשוב להבנת תופעות בתחום חקר הכוח החזק. דוגמה לשימוש של הסופרסימטריה היא מחקר שערך אחד מאיתנו [6] (עדי ארמוני, יחד עם גבריאל ונציאנו ומיכאיל שיפמן):
נניח עולם דמיוני, פשוט יותר מעולמנו, שבו יש רק גלואונים וקוורקים. אמנם עולם זה פשוט יותר מעולמנו (אין בו כוחות פרט לכוח החזק), אך הוא מספיק מסובך כך שלא ניתן יהיה לחשב בקלות את הכוח בין הגלואונים לקוורקים, כאשר המרחקים ביניהם ״גדולים״, למשל כגודל הפרוטון [7].
בעיה תאורטית אחרת היא השבירה של ה״סימטריה הכיראלית״ של הקוורקים. לקוורקים סימטריה מיוחדת - ישנם קוורקים ״שמאליים״ וישנם קוורקים ״ימניים״ שלכאורה לא קשורים זה לזה, אולם קיימות עדויות שהריק מלא בזוגות של קוורק ימני ושמאלי. תופעה זו נקראת ״עיבוי של קוורקים״, ולא ברור מדוע היא מתרחשת.
כאן הסופרסימטריה באה לעזרתנו. מתברר שניתן לערוך קירוב שבו הקוורקים הם סופרפרטנרים של הגלואונים. במסגרת קירוב זה, המערכת של קוורקים וגלואונים נעשית סופרסימטרית וניתן להשתמש בכלים התאורטיים של סופרסימטריה בכדי לחשב את גודלם של אפקטים מסובכים.
ואכן, בעזרת הסופרסימטריה ניתן לחשב את עצמת העיבוי של הקוורקים. המספר המתקבל מהחישוב תואם לגודל הנמדד [6].
לסופרסימטריה שימושים תאורטיים רבים נוספים. גם אם סופרסימטריה לא תתגלה בטבע, היא תוסיף ללמד אותנו רבות אודותיו.