SUSY: LA SUPERSIMETRÍA

Puente a la Supergravedad

La supersimetría se refiere a la simetría entre fermiones (partículas subatómicas de materia con espín de ½) y bosones (partículas portadoras de fuerza con espínes enteros). La supersimetría es un marco matemático complejo desarrollado a principios de la década de 1970, con el fin de comprender a un nivel más fundamental el creciente número de partículas descubiertas en los aceleradores de partículas de alta energía. Esta teoría ha evolucionado para abordar las inconsistencias que surgieron en los intentos por unificar las fuerzas fundamentales en el Modelo Estándar de partículas.

La supersimetría es una característica esencial de la Supergravedad, la teoría cuántica de campos de la fuerza gravitacional y de la teoría de cuerdas, un intento ambicioso para proporcionar una teoría cuántica autoconsistente que unifique todas las partículas y fuerzas de la naturaleza.

Mediante la supersimetría, los fermiones podrían transformarse en bosones sin cambiar la estructura de la teoría subyacente de las partículas y sus interacciones. Por lo tanto, la supersimetría proporciona una relación entre las partículas elementales que forman la materia (fermiones: quarks & leptones) y las partículas portadoras de fuerza (bosones). Al demostrar que, en efecto, un tipo de partícula es solo una faceta diferente del otro tipo, la supersimetría reduce el número de tipos de partículas a uno solo.

Cuando un fermión se transforma en un bosón y luego regresa nuevamente a su forma de fermión, quiere decir que esta partícula se ha movido en el espacio, un efecto relacionado con la relatividad especial. Por lo tanto, la supersimetría relaciona las transformaciones en una propiedad interna de las partículas (spin) con las transformaciones del espacio-tiempo.

Cuando tenemos una simetría local, de modo que las transformaciones varían en el espacio-tiempo, automáticamente deducimos la existencia de un partícula con spin 2 (los fermiones tienen spin ½, bosones gauge 1, bosón de higgs 0). Esta partícula de spin 2 podría identificarse como el gravitón, partícula portadora de la fuerza gravitacional. Por lo tanto, las teorías que involucran la supersimetría local se conocen como teorías de la supergravedad.

El solo hecho de que los fermiones y bosones tengan valores de spin distintos, hace que se comporten de manera distinta. Cada tipo de partícula según su spin se rige por leyes estadísticas distintas.

Por ejemplo, dos fermiones (quarks o leptones) idénticos no pueden existir en el mismo estado cuántico, es decir, uno de sus números cuánticos debe ser diferente. Los números cuánticos se refieren a propiedades de posición, carga, spin, o carga de color (propiedad exclusiva de los quarks). Asumiendo que todo lo demás es idéntico, dos electrones que orbitan la misma capa electrónica deben tener una dirección diferente para su spin, uno debe apuntar hacia arriba y el otro hacia abajo. Esto significa que, como máximo, dos electrones pueden cohabitar en una capa electrónica, ya que solo hay dos posibles orientaciones para sus espines. De forma que los átomos tienen varias capas electrónicas para acomodar todos sus electrones.

Por el contrario, no hay limitaciones en la cantidad de bosones permitidos en el mismo estado, este fenómeno se conoce como superconductividad.

Un par de electrones (cada uno de ½ spin) forma un bosón, ya que al combinar ambos spin se genera un spin de 0 o 1, dependiendo de si están alineados o no. En un superconductor, todos los pares de electrones pueden ser idénticos, con exactamente los mismos números cuánticos, ya que esto está permitido para valores de spin combinados de 0 o 1. Los pares de electrones pueden intercambiar posiciones con otros, sin dejar fricción. Una corriente eléctrica puede fluir sin encontrar resistencia.

Supercompañeros

La supersimetría se basa en el modelo estándar y asocia un "supercompañero" a cada partícula fundamental. Los fermiones obtienen bosones como supercompañeros, y los bosones se asocian con fermiones.

La supersimetría implica una duplicación del número de partículas conocidas. Por ejemplo, los fermiones (quarks & leptones) deberían tener compañeros bosónicos supersimétricos, llamados squarks & sleptones, respectivamente. Del mismo modo, los bosones conocidos, como el fotón y el gluón, deberían tener compañeros fermiónicos supersimétricos, llamados fotino y gluino. Cabe destacar que no se ha encontrado evidencia experimental de la existencia de estas partículas. Si realmente existen, sus masas podrían estar en el rango de 50x a 1000x mayor que la del protón.

Esto unifica los componentes básicos de la materia con los portadores de fuerza. Todo se vuelve más armonioso y simétrico.

Implicaciones de SUSY y Reflexiones

La supersimetría y la duplicidad de partículas tienen varias implicaciones. En primer lugar, los supercompañeros del quark top, llamados “stops”, podrían cancelar gran cantidad de la contribución del quark top a la masa del bosón de Higgs. Si bien el quark top es el quark más pesado conocido, el stop-squark es en realidad el más ligero en muchos modelos de supersimetría. El stop-squark es un ingrediente clave de una amplia gama de modelos SUSY que abordan el problema de jerarquía (Gravedad débil) del Modelo Estándar de forma natural. El compañero bosónico del quark top, es decir, el stop-squark, estabilizaría la masa del bosón de Higgs contra correcciones cuánticas cuadráticamente divergentes, siempre que su masa esté cerca de la escala de energía de ruptura de la simetría electrodébil.

Si la Supersimetría es la solución al problema de la jerarquía, entonces el LHC definitivamente debería tener acceso a los supercompañeros más ligeros. El hecho de que no haya encontrado ninguno, hasta ahora, es suficiente para eliminar prácticamente todos los modelos de SUSY que resuelven el problema para el que fue diseñado.

Adicionalmente, otra implicación sería que la partícula supersimétrica más ligera, conocida como neutralino (no confundir con el neutrino), tendría propiedades similares a la materia oscura, y sería un candidato primordial en caso de ser detectado. La supersimetría no solo solucionaría ciertas fallas en el Modelo Estándar, sino que resolvería el problema de la materia oscura.

La teoría de la Supersimetría nos ofrece una imagen teóricamente convincente, siendo capaz de solucionar los problemas de forma elegante y contundente, que ninguna otra teoría ha logrado igualar. De igual forma, crea predicciones comprobables; sin embargo, estas pruebas y experimentos se han realizado ya en gran medida. Desafortunadamente, la respuesta hasta el momento es que SUSY, por interesante que sea, no parece describir nuestro Universo. Hasta ahora, no hay evidencia experimental a favor de la supersimetría.