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la supersimmetria

 

Un altro programma teorico con molti aspetti interessanti è chiamato supersimmetria e potrebbe costituire un'alternativa al semplice meccanismo di Higgs per spiegare l'origine della massa. In un mondo supersimmetrico ogni particella, compreso il bosone di Higgs, ha un partner identico in tutto e per tutto, eccettuato nello spin. In questo mondo, a ogni fermione comune corrisponde un bosone supersimmetrico privo di spin; per esempio, l'elettrone e il quark, entrambi con spin 1/2, hanno come partner a spin nullo rispettivamente il selettrone e lo squark. Inoltre, a ogni bosone comune corrisponde un fermione supersimmetrico con spin 1/2; per esempio, il partner supersimmetrico del fotone con spin 1 è il fotino con spin 1/2, quello del gluone con spin 1 è il gluino con spin 1/2 e quello del bosone di Higgs con spin nullo è l'higgsino con spin 1/2.

 

la supersimmetria

Per ogni particella ordinaria esisterebbe una particella con spin che differisce di ±1/2. Ai fermioni ordinari, con spin semi-intero (pari cioè ad 1/2, 3/2,…) corrispondono quindi bosoni supersimmetrici con spin intero (pari cioè ad 0, 1, 2,…), mentre ai bosoni ordinari corrispondono fermioni supersimmetrici.
Nello schema sono rappresentati, a sinistra, i costituenti della materia ordinaria (quark e leptoni), i mediatori delle interazioni forti (gluoni), elettromagnetiche (fotoni), deboli (W e Z) e gravitazionali (gravitoni) e la particella di Higgs, responsabile della massa di tutte le particelle. A destra, sono raffigurati i corrispondenti partner supersimmetrici: queste particelle non sono ancora state osservate sperimentalmente e si ritiene abbiano massa più elevata rispetto alle particelle standard. 

 

Se le particelle supersimmetriche esistessero in natura come copie esatte delle loro controparti, fatta eccezione per lo spin, la maggior parte di esse si sarebbe già dovuta osservare in abbondanza. Nonostante le numerose ricerche eseguite, però, non si è trovata alcuna traccia dei partner supersimmetrici. Si potrebbe perciò supporre che l'interesse per la supersimmetria stia scemando, mentre, in realtà, esso persiste per vari motivi. Uno di questi motivi è che l'esistenza dei partner supersimmetrici risolverebbe il problema delle sensibilità matematiche nell'espressione teorica della massa del bosone di Higgs. Un secondo motivo per non abbandonare la supersimmetria è che essa potrebbe essere, nel nostro mondo, una simmetria rotta, allo stesso modo della simmetria elettrodebole. Una supersimmetria rotta potrebbe dare origine a particelle supersimmetriche che sono notevolmente più pesanti dei loro partner comuni.

 

 

Nessuno sa esattamente quale sia la sensibilità della massa alla rottura della simmetria. Per esempio, si sa già sperimentalmente che la massa del selettrone, se esiste, deve essere almeno 40 000 volte maggiore di quella dell'elettrone. Questo rapporto implica che la supersimmetria debba rompersi "violentemente"? Nessuno lo sa. Ciò che si sa è che, se la supersimmetria risultasse vera, anch'essa, come la teoria del technicolor, introdurrebbe un nuovo mondo di particelle, la maggior parte delle quali dovrebbe essere molto pesante; se così non fosse, le particelle sarebbero già state rivelate. Per trovarle saranno indubbiamente indispensabili, invece, nuovi potenti acceleratori.

C'è un terzo motivo più generale per non abbandonare la supersimmetria, o qualsiasi altra teoria, quale quella del technicolor, che abbia qualche probabilità di spiegare i misteri della rottura della simmetria elettrodebole e l'origine della massa. Indipendentemente dal fatto che il bosone di Higgs sia una particella composta o elementare, che esso sia o no compreso in una famiglia di particelle supersimmetriche o che esiste o non esista affatto, un principio generale della meccanica quantistica assicura che, a energie di circa 1 TeV, nuovi fenomeni fisici profondamente correlati all'origine della massa dovrebbero cominciare a manifestarsi. Questi fenomeni devono manifestarsi perché, se il modello standard esistente viene estrapolato senza correzioni a tale intervallo energetico, le probabilità calcolate dalla teoria per certe interazioni diventano maggiori di 1. Dal momento che nessuna reale probabilità può essere maggiore di 1, la teoria, nella forma attuale, non è completa.

Poichè non si conosce la corretta estensione teorica del modello standard alle altissime energie, non si può descrivere l'esatta natura dei nuovi fenomeni fisici. Se il bosone di Higgs è pesante, una possibilità è che l'interazione elettrodebole diventi forte. Invece, se esso risulta leggero, la sua piccola massa potrebbe essere bene giustificata con la supersimmetria. In questo caso, nell'intervallo energetico di qualche TeV vi sarebbe abbondanza di partner supersimmetrici di particelle note. La capacità di esplorare quell'intervallo energetico costituisce quindi un obiettivo estremamente importante per la conoscenza fondamentale della materia.

 


a cura di Pio Passalacqua 

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audio Supersimmetria in fisica delle particelle e cosmologia di N.Fornengo  PPT

  

 

Supersimmetria di Sergio Ferrara