Sobre las supersimetrías...

Las partículas elementales en el Modelo Estándar son de dos tipos, fermiones y bosones. Los fermiones (electrones, neutrinos y quarks) son partículas de espín semi-entero y representan las partículas “materiales”. Los bosones son partículas de espín entero. Aún no se ha descubierto ningún bosón escalar, con espín nulo, como el Higgs. 

Sólo se conocen bosones vectoriales (con espín unidad) que son las partículas “portadoras” de las fuerzas fundamentales: el fotón (electromagnetismo), los bosones W y Z (la fuerza débil) y los gluones (la fuerza fuerte). Estos bosones vectoriales se denominan colectivamente bosones de gauge, porque se “deducen” de las simetrías de tipo gauge (de aforo o contraste) en el Modelo Estándar. El gravitón, la partícula portadora de la gravedad, sería un bosón tensorial (espín 2), pero todavía no ha sido observado.

La supersimetría es una simetría que relaciona fermiones con bosones. No es posible aplicarla para relacionar los fermiones actualmente conocidos con los bosones actualmente conocidos, por lo que su validez implica la existencia de supercompañeros (superpartículas aún por descubrir) asociadas a cada una de las partículas (fermiones y bosones) actualmente conocidos. ¿Por qué no los hemos observado (aún)? Por que la supersimetría está rota (a baja energía) y las superpartículas tienen mucha más masa en reposo que las partículas (sólo pueden ser observadas a alta energía).

La esperanza para nosotros los físicos teóricos especialistas en supersimetría (y en teoría de cuerdas) es que la supersimetría sea descubierta en el LHC del CERN. 

¿Cómo será observada? Observando por primera vez una superpartícula. ¿Cuál será la primera en ser observada? Posiblemente un gaugino, una superpartícula tipo fermión asociada a un bosón (vectorial) de gauge. En el modelo supersimétrico más sencillo que extiende el modelo estándar, el Modelo Minimal Supersimétrico (MMSM), los únicos gauginos están asociados a los únicos bosones vectoriales descubiertos: fotino (asociado al fotón), wino y zino (asociados a los bosones W y Z), gluino (asociado a los gluones) y el bino (asociado a cierta combinación mediante fuerza débil del fotón y los bosones W y Z). Por supuesto, en teoría habría también un gravitino (asociado al gravitón), dos higgsinos (asociados al Higgs), etc.

¿Cómo observaremos un gaugino en el LHC? En el Modelo Estándar las partículas con masa la adquieren gracias a una ruptura de la simetría (mediada por un bosón de Higgs) que conduce a “estados masivos” (mass eigenstates) que no coinciden exactamente con ninguna de las partículas del espectro antes de la ruptura, sino que son combinaciones (lineales) de las mismas. Por ello se cree que en el LHC no se observarán directamente los gauginos o los higgsinos sino ciertas combinaciones lineales de ellos denominados neutralinos (neutros) y carginos (cargados). Casi todos los modelos supersimétricos suponen que el neutralino menos masivo es una partícula estable, denominada WIMP, que es el mejor candidato actualmente para la materia oscura (”fría” ya que la “caliente”, partículas rápidas como los neutrinos, ha sido descartada recientemente).

Pero todo esto deberá esperar por lo meos un año más.