Las ondas gravitatorias podrían tener la clave de la supersimetría

“En Ginebra”, “se está haciendo un gran esfuerzo por descubrir partículas de supersimetría en el Gran Colisionador de Hadrones. Pero no es la única forma de encontrar estas partículas. Deberíamos ser capaces de ver supersimetría en el cielo a través de la observación de ondas gravitatorias”.

Mazumdar, físico de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido, trabajó con Alex Kusenko en la Universidad de California en Los Ángeles para simular qué tipo de distribución de frecuencia resultaría de la fragmentación de un condensado escalar inestable. Ambos dicen que un número de dispositivos, incluyendo el Observatorio Avanzado de Ondas-Gravitatorias del Interferómetro Láser (LIGO), la Antena Espacial del Interferómetro Láser (LISA) y el Observador Big Bank (BBO), serían capaces de detectar ondas gravitatorias como las que describen en “Gravitational waves from fragmentation of a primordial scalar condensate into Q-balls (Ondas gravitatorias procedentes de la fragmentación de un condensado escalar primordial en bolas-Q)”, el cual ha sido aceptado para su publicación en Physical Review Letters.

Se especula que la supersimetría va más allá del Modelo Estándar de la física para introducir partículas que resuelvan los problemas que no pueden resolverse usando sólo las partículas que hemos observado hasta el momento. En la supersimetría, las partículas estándar que nos son familiares tienen supercompañeros que difieren del estándar en media unidad de espín. Por ejemplo, los supercompañeros de los fermiones del Modelo Estándar son los s-fermiones.

“La onda gravitatoria es fundamental para la teoría de Einstein”, dice Mazumdar. “Pero aún no lo hemos visto en las frecuencias descritas. No obstante, la inflación primordial es una de las muchas fuentes cósmicas que podrían producir estas ondas”. Las ondas gravitatorias descritas por Mazumdar y Kusenko comienzan como un condensado formado por s-fermiones en el inicio del universo.

“En un cierto punto”, explica Mazumdar, “el condensado comeinza a oscilar debido a la presencia de masas de s-fermiones escalares, cuya masa está aproximadamente determinada por la escala de ruptura de supersimetría. Debido a la naturaleza inherente de las correcciones cuánticas el condensado no es absolutamente estable y se fragmenta durante las oscilaciones coherentes. El proceso de fragmentación lleva a la formación de solitones no topológicos, conocidos como bolas-Q. Dado que el proceso de fragmentación es tan violento y anisotrópico, excita ondas gravitatorias”. Estas ondas, dice, tienen una amplitud y frecuencia detectable por LIGO.

Mazumdar dice que aunque muchos esperan encontrar pruebas de supersimetría cuando el LHC esté completamente operativo, no es el único lugar donde se pueden buscar signos de partículas supersimétricas. Además, apunta, las pruebas de la supersimetría podrían no encontrarse en el LHC. Observar el cosmos, entonces, sería otra opción. Aquí es donde entran en juego otros sofisticados dispositivos de observación cosmológica – especialmente LIGO. “Nuestro modelo muestra frecuencias exactamente donde LIGO es sensible”, comenta. “También mostramos un lugar donde la frecuencia sería distinguible para binarias, agujeros negros y pulsares, los cuales también formarían ondas gravitatorias”.

“La frecuencia que mostramos tiene un espectro más amplio, y su unicidad proporcionaría la prueba de este condensado de s-fermiones”, continúa. “Tal condensado podría haber inflacionado también el universo primordial, a la vez que explica el origen de las diminutas perturbaciones en la radiación del fondo de microondas cósmico”.

No obstante, admite Mazumdar, puede llevar algún tiempo detectar estas ondas y hacer las observaciones. “Esperamos detectar estas ondas en cuatro o cinco años en LIGO”, dice. “Los científicos pueden encontrar pruebas de supersimetría en el LHC, pero nosotros esperamos encontrar vínculos con la cosmología”.