המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, עליו דיברנו בעבר [1] הוא מסגרת המאחדת בתוכה את כל הידוע לנו על החלקיקים היסודיים המאכלסים את עולמנו. למודל התאמה מצוינת לניסויים, והוא חזה תופעות רבות לפני שהתגלו, בין היתר, את קיומו של חלקיק ההיגס [2]. למרות יופיו הרב של המודל וההצלחה הרבה שהוא נחל, יש לנו סיבות טובות להאמין שהמודל הסטנדרטי הוא לא סוף הסיפור, והכרחי למצוא מודל מעבר למודל הסטנדרטי.

בין הבעיות של המודל הסטנדרטי, ניתן למנות כמה חשובות ומשמעותיות במיוחד:
א. הכוח האלקטרומגנטי אינו עקבי במרחקים קצרים [3].
קיים חישוב שבוצע על-ידי הפיזיקאי לב לנדאו שחוזה שעצמת הכוח האלקטרומגנטי היא אינסופית במרחק קצרצר (או אנרגיה גבוהה). זהו רמז לכך שהמודל הסטנדרטי צריך להיות מוכל במודל טוב יותר שבו נמנעת הבעיה הזאת, שנקראת ״הקוטב של לנדאו״.
ב. המודל הסטנדרטי אינו מאפשר לאחד את כל הכוחות בטבע באנרגיות מספיק גבוהות [4].
החוזק של הכוחות השונים בטבע נקבע על ידי גדלים פיזיקליים הנקראים "קבועי צימוד". לכל כוח יש קבוע צימוד משלו, השונה בגודלו. לכן, גם עוצמת כל אחד מהכוחות שונה. בניגוד לשמם, קבועי הצימוד אינם קבועים, אלא משתנים כתלות באנרגיה של החלקיקים המעורבים בתהליך. באנרגיות גבוהות, כלומר במרחקים קצרים, הכוח החזק נחלש ואילו הכוח החלש והכוח האלקטרומגנטי מתחזקים. האתגר? בשום שלב הם אינם שווים בגודלם, ולכן במסגרת המודל הסטנדרטי לא קיימת סקלת אנרגיה שבה ניתן לאחד את הכוחות. ללא איחוד הכוחות, לא ניתן יהיה להשיג תאוריה מאוחדת גדולה. זוהי אמנם לא בעיה, אולם נראה בהמשך דרך אלגנטית לאחד את כל הכוחות בטבע.
ג. המודל הסטנדרטי לא מספק מועמדים למסה האפלה [5].
אנו סבורים שהמסה האפלה מורכבת מחלקיקים שטרם נצפו. חלקיקים כאלו צריכים להיות יציבים, מאסיביים, לא לחוש בכוח האלקטרומגנטי (אחרת היינו יכולים לצפות בהם) ולאכלס את היקום בצפיפות גבוהה מאוד. חלקיקים שכאלה לא קיימים במודל הסטנדרטי.
ד. המודל לא פותר את "בעיית ההיררכיה" של מסת ההיגס [6].
בעיית ההיררכיה של מסת ההיגס היא ההפרש האדיר בין המסה המחושבת של ההיגס במסגרת המודל הסטנדרטי, לבין המסה הקטנה יחסית שלו בפועל. ההיגס מקיים תגובה עם כל חלקיקי המודל הסטנדרטי. חישובים תאורטיים מראים שעקב תגובת הגומלין בין חלקיק ההיגס לשאר החלקיקים מסתו אמורה להיות אדירה. בפועל, הוא קל מקווארק הטופ, החלקיק הכבד ביותר במודל הסטנדרטי.
ישנן תיאוריות רבות ושונות המתארות את הפיזיקה שמעבר למודל הסטנדרטי. בפוסט זה, נתמקד בסופר סימטריה, תיאוריה שזוכה לתהודה רבה בקרב הקהילה המדעית.
סופר סימטריה היא סימטריה לפיה לכל פרמיון יש "שותף" בוזון הזהה לו בכל תכונותיו פרט לספין. למשל, מלבד האלקטרון, צריך להיות חלקיק חסר ספין הנקרא ״סלקטרון״. כמו-כן לכל בוזון יש ״שותף״ פרמיון. למשל, מלבד הפוטון, סופר סימטריה חוזה שקיים חלקיק בשם ״פוטינו״.
הספין של חלקיק קובע כיצד הוא "יראה" במעבר בין מערכות ייחוס שונות. למשל, כשנסובב את המערכת או נאיץ אותה, פונקציית הגל של חלקיק בעל ספין חצי תשתנה באופן אחר מאשר של חלקיק בעל ספין 1.
סופר סימטריה, מלבד היותה בעלת יופי מתמטי רב, פותרת רבות מבעיות המודל הסטנדרטי. בין היתר, חלקיקים סופר סימטריים יציבים יכולים להיות מועמדים למסה האפלה. בנוסף, אם משנים את תכולת המודל הסטנדרטי כך שהוא יכלול בתוכו את השותפים הסופר סימטריים, הצורה בה קבועי הצימוד משתנים עם האנרגיה עוברת שינוי, כך שכעת כל קבועי הצימוד מתאחדים באנרגיה גבוהה מספיק. אפשר להראות כי התיקונים למסת ההיגס כתוצאה מהתגובה שלו עם בוזונים מבטלת את התיקונים למסה כתוצאה מהפרמיונים, כך שמסתו היא קטנה. לפי חלק מהמודלים, ישנה התאמה טובה בין התאוריה לניסוי בנושא זה.
לבסוף, במסגרת המודלים הסופרסימטריים של איחוד הכוחות נפתרת גם בעיית ״הקוטב של לנדאו״.
ראוי לציין שעדיין לא נמצאו ראיות נסיוניות לקיומה של הסופרסימטריה. מאיץ החלקיקים בז׳נבה צפוי היה לגלות חלקיקים ״שותפים״, אולם הם טרם נמצאו.
לסופרסימטריה חשיבות תאורטית עצומה - חישובים המבוצעים בתורות המבוססות על סופר סימטריה נעשים קלים יותר ולכן ניתן לבצע חישובים מסובכים יותר בתורות סופרסימטריות.
כאן המקום לציין את העבודה החשובה של הפיזיקאי והמתימטיקאי אדוארד וויטן ועמיתו הפיזיקאי הישראלי נתן זייברג שהצליחו בשנות התשעים להראות כיצד בעיית כליאת הקוורקים, בה עסקנו בעבר [7], נפתרת בצורה אלגנטית במודל המבוסס על סופרסימטריה. בהמשך יפורסמו על דפי ״מדע גדול, בקטנה״ ראיונות שערכנו עם וויטן ועם זייברג.
זייברג, בעבודה נוספת שאותה הוא ערך לבד [8], גילה דואליות בין תורות סופרסימטריות - הוא הראה שלעתים ניתן לתאר מודלים סופרסימטריים של הטבע בעזרת שתי תורות שונות לחלוטין אשר נעשות זהות במרחקים ארוכים. עבודתו של זייברג תרמה להבנה עמוקה יותר של הכוח החזק.
על התורה הסופרסימטרית נרחיב עוד בהמשך.