La supersimetría no aparece por ningún sitio.
Esto es algo inquietante para los físicos, al menos para mí, por varios motivos.
En esta entrada vamos a encontrarnos con estos motivos, con el origen y significado de la supersimetría y con la pregunta de qué pasará si no encontramos pruebas de dicha simetría.
El caso es, en mi opinión, que si la naturaleza ha decidido no usar esta simetría debería de reconsiderarlo.
La idea de la supersimetría
Se llama supersimetría a la hipotética relación que existen entre bosones y fermiones.
En la naturaleza encontramos que las partículas tiene una característica denominada espín. Este espín puede tomar valores enteros y semienteros.
La diferencia entre bosones y fermiones es que los bosones son las partículas de espín entero y los fermiones las partículas de espín semientero
La supersimetría nos dice que todo bosón/fermión tiene asociado un fermión/bosón.
El problema es que la supersimetría, aplicada tal cual se define, nos dice que por cada bosón/fermión deberíamos de encontrar un fermión/bosón con exactamente la misma masa.
Y esto no es lo que vemos a nuestro alrededor, nosostros conocemos los electrones (que es un fermión) pero no encontramos ningún bosón de la misma masa que el electrón asociado con él por una transformación supersimétrica.
Así que nos encontramos en la siguiente situación:
- La supersimetría nos obliga a aceptar que tenemos el doble de partículas fundamentales que las que conocemos.
- Estas partículas compañeras supersimétricas de las usuales no se han visto. Esto quiere decir que sus masas no son iguales, las partículas supersimétricas tienen que ser mucho más pesadas que las usuales y por eso aún no se han producido en los aceleradores.
Los físicos nos refimos a esto con el término “rotura de la simetría”.
De algún modo, una simetría que debería de estar presente, (y que se notaría porque tendríamos pares bosón/fermión relacionados por supersimetría y de la misma masa), no lo está y como consecuencia los miembros supersimétricos del par son de una masa mucho mayor que las partículas usuales.
Origen y necesidad de la supersimetría
Originalmente la supersimetría se introdujo en física porque en las primeras versiones de la teoría de cuerdas únicamente se podían describir bosones.
Esto no está nada bien para una teoría que pretende describir nuestra física ya que sabemos que los fermiones están entre nosotros y abundantemente.
Entonces, al introducir la supersimetría la teoría de cuerdas pudo dar cabida tanto a bosones como a fermiones y como efecto colateral el número de dimensiones en las que la teoría de cuerdas era consistente bajó de 26 a 10.
Pero la supersimetría no es exclusiva de la teoría de cuerdas, hoy día hay muchos modelos no cuerderos que la emplean. Valgan como ejemplo:
- La supersimetría nos ayuda a entender los efectos de mezcla y las masas de los fermiones y los neutrinos. De hecho hay cálculos en modelos supersimétricos en teoría de gran unificación que nos dicen que el neutrino ha de tener una masa 5,5 eV/c2
- Partículas supersimétricas pueden ser las que conformen la materia oscura.
- El cálculo de la constante cosmológica en teoría cuántica de campos con supersimetría pudiera explicar qué es eso de la energía oscura y por qué su densidad es positiva y muy cercana a cero.
- En teoría cuántica de campos la supersimetría explicaría por qué el Higgs tiene una masa bajita a pesar de que lo que se esperaría sería una masa muy, muy alta.
La supersimetría no es un elemento que queramos imponer al universo porque nuestras teorías quedan bonitas.
Es que sería muy difícil entender por qué esta simetría de las leyes físicas no se ha realizado en la naturaleza. Generalmente, hasta la fecha, se ha verificado eso de “Si algo no está totalmente prohibido entonces seguro que ocurre”.
Los problemas con la supersimetría
Los problemas con esta simetría se pueden establecer en:
Aún no la hemos visto
A pesar de todos los esfuerzos, aún no hay confirmación experimental de las partículas supersimétricas.
Esto quiere decir que de existir tales partículas la más ligera de las mismas tiene una masa superior a la energía que se están produciendo en las colisiones de partículas actualmente en el LHC.
Si la supersimetría no se viera en el LHC cuando se incremente su energía no podríamos excluirla del todo, aunque quedaría muy mal parada. Cada vez existen más cotas indirectas de la masa que deberían de tener las partículas supersimétricas y, se supone, que el LHC debería de ver algo.
Los leptones y los bariones no se conservan
En el modelo estándar los leptones (partículas que no sienten la interacción fuerte) y los bariones (partículas que sí sienten dicha interacción y están formadas por tres quarks) se conservan. Es decir, que si en una colisión empezamos con un número de leptones y de bariones el resultado final contendrá los mismos números de estas clases de partículas.
Al introducir supersimetría esta característica se pierde.
Esto es potencialmente peligroso porque gracias a la conservación del número bariónico sabemos que el protón (que es un barión) es estable ya que no hay ningún barión de menor masa al que pueda decaer.
Pero si el número bariónico no se conserva el protón puede decaer a otro tipo de partículas. Sin embargo, las medidas experimentales sobre la vida media del protón imponen cotas muy fuertes a este comportamiento (la vida del protón es comparable a la edad del universo).
¿Cómo se rompe la supersimetría?
El problema de que no veamos partículas supersimétricas de las usuales se resuelve diciendo que la supersimetría está rota.
Entonces tenemos que responder la pregunta acerca de qué rompe esta simetría. Hay dos posibilidades, o es por efectos gravitatorios o es por efectos no-gravitatorios.
Pero tenemos cuestiones por resolver, si la cosa se rompe gravitatoriamente entonces tenemos problemas para explicar la rotura de simetría CP.
Esta es la responsable de que la materia domine sobre la antimateria en nuestro universo y cada vez está mejor entendida y estudiada experimentalmente, lo cual también acota la supersimetría.
Si la rotura es no-gravitatoria podemos solventar el problema de la simetría CP (y de otros relacionados) pero entonces habría problemas con el valor predicho para la constante cosmológica.
Pesadilla en Higgs Street
Actualmente podemos decir que tenemos una partícula de Higgs.
Esto es bueno porque confirma la teoría pero tiene puntos malos:
a) Si no encontramos nada más estaremos en problemas en física porque no habrá forma de entender por qué no hay nada más y por qué el modelo estándar funciona tan bien aunque no se considere una teoría final.
b) No encontrar supersimetría implicaría que no entenderíamos por qué el Higgs (y las partículas que adquieren masa con él) es tan ligero comparado con la masa de Planck. Tenemos otros modelos, por ejemplo dimensiones extra o modelos tecnicolor.
Pero ni hemos visto dimensiones extra más allá de las usuales y el resto de modelos están casi completamente descartados por el experimento.
Sinceramente espero que se encuentre algo más en el LHC o será difícil construir un acelerador mayor y por tanto más costoso.
Además de estar en muchos problemas para descubrir qué es la energía y la materia oscura. Espero que la supersimetría aparezca, y esto solo es un deseo personal, porque es una simetría elegante que haría que nuestro entendimiento de la naturaleza fuera elegante y más completo.
