Суперсимметрия - Supersymmetry

"SUSY" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Сьюзи (значения).
Для эпизода американского сериала Ангел, видеть Суперсимметрия (Ангел).
За пределами стандартной модели
CMS Higgs-event.jpg
Смоделированный Большой адронный коллайдер CMS данные детектора частиц, изображающие бозон Хиггса образуются сталкивающимися протонами, распадающимися на адронные струи и электроны
Стандартная модель

В физика элементарных частиц, суперсимметрия (SUSY) представляет собой предполагаемую связь между двумя основными классами элементарные частицы: бозоны, которые имеют целочисленный вращение, и фермионы, которые имеют полуцелое вращение.[1][2] Тип симметрия пространства-времени, суперсимметрия - возможный кандидат в неоткрытая физика элементарных частиц, и рассматривается некоторыми физиками как элегантное решение многих текущих проблем в физике элементарных частиц, если оно будет подтверждено правильно, что может решить различные области, в которых текущие теории считаются неполными. Суперсимметричное продолжение Стандартная модель может решить основные проблемы иерархии внутри калибровочная теория, гарантируя, что квадратичный расхождения всех заказов будет отменяет в теория возмущений.

В суперсимметрии каждая частица из одной группы будет иметь связанную частицу из другой, известную как ее суперпартнер, спин которых отличается на полуцелое число. Этими суперпартнерами будут новые и неоткрытые частицы; например, была бы частица, называемая "селектрон" (суперпартнер электрон), бозонный партнер электрон. В простейших теориях суперсимметрии с идеально "неразрушенный "суперсимметрия, каждая пара суперпартнеров будет иметь одинаковые масса и внутренние квантовые числа помимо вращения. Поскольку мы ожидаем найти этих «суперпартнеров» с использованием современного оборудования, если суперсимметрия существует, то она состоит из спонтанно нарушенная симметрия, что позволяет суперпартнерам отличаться по массе.[3][4][5] Спонтанно нарушенная суперсимметрия может решить многие проблемы физики элементарных частиц, в том числе проблема иерархии.

Нет никаких экспериментальных доказательств того, что суперсимметрия верна, или могут ли другие расширения текущих моделей быть более точными. Отчасти это связано с тем, что только с 2010 г. ускорители частиц специально разработанные для изучения физики за пределами Стандартной модели. LHC ), и потому что пока неизвестно, где именно искать, и не известно, сколько энергии потребуется для успешного поиска.

Основные причины, по которым суперсимметрия поддерживается некоторыми физиками, заключается в том, что текущие теории, как известно, неполны, а их ограничения хорошо установлены, и суперсимметрия может быть привлекательным решением некоторых из основных проблем.[6][7]

Мотивации

Прямое подтверждение повлечет за собой создание суперпартнеров в экспериментах на коллайдерах, таких как Большой адронный коллайдер (БАК). Найдены первые прогоны LHC нет ранее неизвестных частиц кроме бозон Хиггса который уже подозревался в существовании как части Стандартная модель и, следовательно, никаких доказательств суперсимметрии.[6][7]

Косвенные методы включают поиск постоянного электрического дипольного момента (EDM) в известных частицах Стандартной модели, который может возникнуть, когда частица Стандартной модели взаимодействует с суперсимметричными частицами. Текущее наилучшее ограничение на электрический дипольный момент электрона поставить его меньше 10−28 e · см, что эквивалентно чувствительности к новой физике в масштабе ТэВ и соответствует чувствительности лучших современных коллайдеров частиц.[8] Постоянный EDM в любой фундаментальной частице указывает на обращение времени нарушая физику, и, следовательно, также CP-симметрия нарушение через CPT теорема. Такие эксперименты EDM также намного более масштабируемы, чем обычные ускорители частиц, и предлагают практическую альтернативу обнаружению физики за пределами стандартной модели, поскольку эксперименты на ускорителях становятся все более дорогостоящими и сложными в обслуживании.

Эти открытия разочаровали многих физиков, которые полагали, что суперсимметрия (и другие теории, основанные на ней) были наиболее многообещающими теориями для «новой» физики, и надеялись на признаки неожиданных результатов этих исследований.[9][10] Бывший активный сторонник Михаил Шифман зашел так далеко, что побудил теоретическое сообщество искать новые идеи и признать, что суперсимметрия - это несостоятельная теория.[11] Это мнение не является общепринятым, поскольку некоторые исследователи полагают, что это "естественность «кризис был преждевременным, потому что различные расчеты были слишком оптимистичными относительно пределов масс, которые позволили бы решить, основанное на суперсимметрии.[12][13]

Чтобы примирить отсутствие экспериментальных доказательств для SUSY, некоторые исследователи предполагают, что ландшафт теории струн может иметь степенное статистическое притяжение для мягких условий, нарушающих SUSY, до больших значений (в зависимости от количества полей, нарушающих SUSY в скрытых секторах, которые вносят вклад в мягкие условия) .[14] Если это сочетается с антропным требованием, чтобы вклад в слабую шкалу не превышал коэффициент между 2 и 5 от ее измеренного значения (как утверждают Agrawal et al.[15]), то масса Хиггса приближается к 125 ГэВ, в то время как большинство частиц притягиваются к значениям, выходящим за пределы текущего диапазона LHC.[16] Исключение составляют хиггсино, которые набирают массу не из-за нарушения SUSY, а из-за любого механизма, решающего проблему SUSY-mu. Рождение легкой пары хиггсино в сочетании с жестким излучением струи в исходном состоянии приводит к мягкому противоположному знаку дилептон плюс струя плюс отсутствующий сигнал поперечной энергии.[17] Такое превышение, кажется, появляется в текущих данных Атласа с 139 фб.−1 интегральной светимости.[18]

Предполагаемые выгоды

Существует множество феноменологических причин суперсимметрии, близкой к электрослабой шкале, а также технических причин суперсимметрии любого масштаба.

Проблема иерархии

Суперсимметрия близкая к электрослабая шкала решает проблема иерархии что поражает Стандартная модель.[19] В Стандартной модели шкала электрослабости получает огромные значения. Планковский масштаб квантовые поправки. Наблюдаемая иерархия между электрослабой шкалой и шкалой Планка должна быть достигнута с необычайной точностью. тонкая настройка. В суперсимметричная теория, с другой стороны, квантовые поправки планковского масштаба сокращаются между партнерами и суперпартнерами (из-за знака минус, связанного с фермионными петлями). Иерархия между электрослабой шкалой и шкалой Планка достигается в естественный манерой, без чудодейственной доводки.

Унификация манометрической муфты

Идея объединения калибровочных групп симметрии при высоких энергиях называется Теория великого объединения. Однако в Стандартной модели слабый, сильный и электромагнитный муфты не могут объединиться при высокой энергии. В теории суперсимметрии модифицируется работа калибровочных муфт и достигается точное высокоэнергетическое объединение калибровочных муфт. Модифицированный ход также обеспечивает естественный механизм радиационного нарушение электрослабой симметрии.

Темная материя

Суперсимметрия на уровне ТэВ (дополненная дискретной симметрией) обычно дает кандидата темная материя частицы в массовом масштабе, согласующемся с расчетами теплового реликтового содержания.[20][21]

Другие технические мотивы

Суперсимметрия также мотивируется решениями нескольких теоретических проблем, как правило, для обеспечения многих желательных математических свойств и для обеспечения разумного поведения при высоких энергиях. Суперсимметричный квантовая теория поля часто намного легче анализировать, поскольку многие другие задачи становятся математически решаемыми. Когда суперсимметрия задана как местный симметрия, теория Эйнштейна общая теория относительности включается автоматически, и результат называется теорией супергравитация. Это также необходимая черта самого популярного кандидата в теория всего, теория суперструн, а теория SUSY могла бы объяснить проблему космологическая инфляция.

Еще одно теоретически привлекательное свойство суперсимметрии состоит в том, что она предлагает единственную «лазейку» для Теорема Коулмана – Мандулы, который запрещает пространство-время и внутреннее симметрии от объединения любым нетривиальным образом, для квантовые теории поля как Стандартная модель с очень общими предположениями. В Теорема Хаага – Лопушанского – Сониуса демонстрирует, что суперсимметрия - единственный способ согласованного сочетания пространства-времени и внутренней симметрии.[22]

История

Смотрите также: История теории струн

Суперсимметрия, относящаяся к мезоны и барионы был впервые предложен в контексте адронной физики Хиронари Миядзава в 1966 году. Эта суперсимметрия не касалась пространства-времени, то есть касалась внутренней симметрии, и была сильно нарушена. В то время работы Миядзавы в значительной степени игнорировались.[23][24][25][26]

Ж. Л. Жерве и Б. Сакита (в 1971 г.),[27] Ю. А. Гольфанд и Э. П. Лихтман (также в 1971 г.), Д. В. Волков и В. П. Акулов (1972 г.),[28][требуется полная цитата ] независимо переоткрытая суперсимметрия в контексте квантовая теория поля, радикально новый тип симметрии пространства-времени и фундаментальных полей, который устанавливает связь между элементарными частицами различной квантовой природы, бозонами и фермионами, и объединяет пространство-время и внутреннюю симметрию микроскопических явлений. Суперсимметрия с последовательной алгебраической градуированной структурой Ли, на которой непосредственно было основано переоткрытие Жерве-Сакиты, впервые возникла в 1971 году.[29] в контексте ранней версии теория струн к Пьер Рамон, Джон Х. Шварц и Андре Невё.

Ну наконец то, Юлиус Весс и Бруно Зумино (в 1974 г.)[30] идентифицировали характерные особенности перенормировки четырехмерных суперсимметричных теорий поля, которые идентифицировали их как замечательные КТП, и они и Абдус Салам и их коллеги-исследователи представили первые приложения физики элементарных частиц. Математическая структура суперсимметрии (градуированные супералгебры Ли ) впоследствии был успешно применен к другим темам физики, начиная от ядерная физика,[31][32] критические явления,[33] квантовая механика к статистическая физика. Он остается важной частью многих предложенных теорий физики.

Первая реалистичная суперсимметричная версия Стандартной модели была предложена в 1977 г. Пьер Файе и известен как Минимальная суперсимметричная стандартная модель или для краткости MSSM. Было предложено решить, среди прочего, проблема иерархии.

Приложения

Расширение возможных групп симметрии

Одна из причин, по которой физики исследовали суперсимметрию, заключается в том, что она предлагает расширение более знакомых симметрий квантовой теории поля. Эти симметрии сгруппированы в Группа Пуанкаре и внутренние симметрии и Теорема Коулмана – Мандулы показал, что при определенных предположениях симметрии S-матрица должно быть прямым произведением группы Пуанкаре с компактный группа внутренней симметрии или если ее нет разрыв в массах, то конформная группа с компактной внутренней группой симметрии. В 1971 году Гольфанд и Лихтман первыми показали, что алгебра Пуанкаре может быть расширена за счет введения четырех антикоммутирующих спинорных генераторов (в четырех измерениях), которые позже стали известны как суперзаряды. В 1975 г. Теорема Хаага – Лопушанского – Сониуса проанализировали все возможные супералгебры в общем виде, в том числе с расширенным числом супергенераторов и центральные сборы. Эта расширенная супер-алгебра Пуанкаре проложила путь к получению очень большого и важного класса суперсимметричных теорий поля.

Алгебра суперсимметрии

Основная статья: Алгебра суперсимметрии

Традиционные симметрии физики создаются объектами, которые трансформируются тензор представления из Группа Пуанкаре и внутренние симметрии. Однако суперсимметрии создаются объектами, которые трансформируются спиновые представления. Согласно теорема спиновой статистики, бозонный поля ездить пока фермионный поля антикоммутация. Объединение двух типов полей в одно алгебра требует введения Z2-сортировка при котором бозоны являются четными элементами, а фермионы - нечетными элементами. Такая алгебра называется Супералгебра Ли.

Простейшее суперсимметричное расширение Алгебра Пуанкаре это Суперпуанкаре алгебра. Выражается двумя Спиноры Вейля, имеет следующие антикоммутация связь:

и все другие антикоммутационные отношения между Qs и коммутационные соотношения между Qпесок пs исчезают. В приведенном выше выражении пμ = −я ∂μ генераторы перевода и σμ являются Матрицы Паули.

Есть представления супералгебры Ли аналогичные представлениям алгебры Ли. Каждая алгебра Ли имеет ассоциированную группу Ли, а супералгебра Ли иногда может быть расширена до представления Супергруппа Ли.

Суперсимметричная стандартная модель

Основная статья: Минимальная суперсимметричная стандартная модель

Включение суперсимметрии в Стандартная модель требует удвоения числа частиц, поскольку никакая из частиц Стандартной модели не может быть суперпартнеры друг друга. С добавлением новых частиц появляется много возможных новых взаимодействий. Простейшей возможной суперсимметричной моделью, совместимой со Стандартной моделью, является Минимальная суперсимметричная стандартная модель (MSSM), который может включать необходимые дополнительные новые частицы, которые могут быть суперпартнеры тех, кто в Стандартная модель.

Отмена бозон Хиггса квадратичный перенормировка массы между фермионный верхний кварк петля и скаляр остановка скварк головастик Диаграммы Фейнмана в суперсимметричном расширении Стандартная модель

Одна из главных мотиваций для SUSY исходит из квадратично расходящихся вкладов в квадрат массы Хиггса. Квантово-механические взаимодействия бозона Хиггса вызывают большую перенормировку массы Хиггса, и если не происходит случайного сокращения, естественный размер массы Хиггса является максимально возможным масштабом. Эта проблема известна как проблема иерархии. Суперсимметрия уменьшает размер квантовых поправок за счет автоматической компенсации между фермионным и бозонным взаимодействиями Хиггса. Если суперсимметрия восстанавливается в слабом масштабе, то масса Хиггса связана с нарушением суперсимметрии, которое может быть вызвано небольшими непертурбативными эффектами, объясняющими совершенно разные масштабы слабых взаимодействий и гравитационных взаимодействий.

Во многих суперсимметричных Стандартных моделях есть тяжелая стабильная частица (например, нейтралино ), который мог бы служить Слабо взаимодействующая массивная частица (WIMP) темная материя кандидат. Существование суперсимметричного кандидата в темную материю тесно связано с R-четность.

Стандартная парадигма для включения суперсимметрии в реалистичную теорию состоит в том, чтобы базовая динамика теории была суперсимметричной, но основное состояние теории не соблюдает симметрию, а суперсимметрия сломан самопроизвольно. Нарушение суперсимметрии не может происходить постоянно частицами MSSM в том виде, в котором они появляются в настоящее время. Это означает, что есть новый сектор теории, ответственный за взлом. Единственное ограничение на этот новый сектор состоит в том, что он должен постоянно нарушать суперсимметрию и давать суперчастицам массы масштаба ТэВ. Есть много моделей, которые могут это сделать, и большинство их деталей не имеют значения. Чтобы параметризовать соответствующие особенности нарушения суперсимметрии, произвольные мягкое нарушение SUSY В теорию добавлены термины, которые временно нарушают SUSY явно, но никогда не могут возникнуть из полной теории нарушения суперсимметрии.

Унификация манометра и муфты

Основная статья: Минимальная суперсимметричная стандартная модель § унификация калибровочной связи

Одним из свидетельств существования суперсимметрии является унификация калибровочной связи. В ренормгруппа эволюция трех калибров константы связи из Стандартная модель в некоторой степени чувствителен к нынешнему содержанию частиц теории. Эти константы связи не совсем совпадают на общем масштабе энергии, если мы запустим ренормгруппу, используя Стандартная модель.[34][35] После включения минимальной SUSY совместная сходимость констант связи прогнозируется примерно на 1016 ГэВ.[34]

Суперсимметричная квантовая механика

Основная статья: Суперсимметричная квантовая механика

Суперсимметричная квантовая механика добавляет супералгебру SUSY в квантовая механика в отличие от квантовая теория поля. Суперсимметричная квантовая механика часто становится актуальной при изучении динамики суперсимметричных солитоны, и из-за упрощенной природы наличия полей, которые являются только функциями времени (а не пространства-времени), в этом предмете был достигнут большой прогресс, и теперь он изучается сам по себе.

Квантовая механика SUSY включает пары Гамильтонианы которые разделяют определенные математические отношения, которые называются партнер гамильтонианцев. (The потенциальная энергия члены, входящие в гамильтонианы, тогда известны как партнерские возможности.) Вводная теорема показывает, что для любого собственное состояние одного гамильтониана, его партнерский гамильтониан имеет соответствующее собственное состояние с той же энергией. Этот факт можно использовать для вывода многих свойств спектра собственных состояний. Это аналогично первоначальному описанию SUSY, которое относилось к бозонам и фермионам. Мы можем представить себе «бозонный гамильтониан», собственными состояниями которого являются различные бозоны нашей теории. SUSY-партнер этого гамильтониана будет «фермионным», а его собственными состояниями будут фермионы теории. У каждого бозона будет фермионный партнер с равной энергией.

Суперсимметрия в физике конденсированного состояния

Концепции SUSY предоставили полезные расширения к Приближение ВКБ. Кроме того, SUSY применялся к системам с усредненным беспорядком, как квантовым, так и неквантовым (через статистическая механика ), Уравнение Фоккера – Планка являясь примером неквантовой теории. «Суперсимметрия» во всех этих системах возникает из-за того, что моделируется одна частица, и как таковая «статистика» не имеет значения. Использование метода суперсимметрии обеспечивает математически строгую альтернативу методу трюк с репликой, но только в невзаимодействующих системах, которые пытаются решить так называемую «проблему знаменателя» при усреднении беспорядка. Подробнее о применении суперсимметрии в физика конденсированного состояния см. Ефетов (1997).[36]

Суперсимметрия в оптике

Интегрированная оптика был недавно найден[37] чтобы обеспечить благодатную почву, на которой можно исследовать определенные ответвления SUSY в легко доступных лабораторных условиях. Используя аналогичную математическую структуру квантово-механического Уравнение Шредингера и волновое уравнение управляя эволюцией света в одномерном пространстве, можно интерпретировать показатель преломления распределение структуры как потенциального ландшафта, в котором распространяются пакеты оптических волн. Таким образом, новый класс функциональных оптических структур с возможным применением в фазовое согласование, преобразование режима[38] и мультиплексирование с разделением по пространству становится возможным. SUSY-преобразования были также предложены как способ решения обратных задач рассеяния в оптике и как одномерное трансформационная оптика[39]

Суперсимметрия в динамических системах

Основная статья: Суперсимметричная теория стохастической динамики

Все стохастические (частные) дифференциальные уравнения, модели для всех типов динамических систем с непрерывным временем, обладают топологической суперсимметрией.[40][41] В операторном представлении стохастической эволюции топологическая суперсимметрия - это внешняя производная который является коммутативным с оператором стохастической эволюции, определяемым как стохастически усредненное откат наведен на дифференциальные формы по определению SDE диффеоморфизмы из фазовое пространство. Топологический сектор зарождающейся суперсимметричная теория стохастической динамики можно признать Топологическая теория поля виттеновского типа.

Смысл топологической суперсимметрии в динамических системах заключается в сохранении непрерывности фазового пространства - бесконечно близкие точки останутся близкими во время непрерывной временной эволюции даже при наличии шума. Когда топологическая суперсимметрия спонтанно нарушается, это свойство нарушается в пределе бесконечно долгой временной эволюции, и можно сказать, что модель демонстрирует (стохастическое обобщение) эффект бабочки. С более общей точки зрения, спонтанное нарушение топологической суперсимметрии является теоретической сущностью повсеместного динамического явления, известного как хаос, турбулентность, самоорганизованная критичность и т.д. Теорема Голдстоуна объясняет связанное с этим возникновение дальнодинамического поведения, которое проявляется как 1/ж шум, эффект бабочки, а также безмасштабную статистику внезапных (инстантонных) процессов, таких как землетрясения, нейровавалы и солнечные вспышки, известные как Закон Ципфа и шкала Рихтера.

Суперсимметрия в математике

SUSY также иногда изучается математически на предмет его внутренних свойств. Это потому, что он описывает сложные поля, удовлетворяющие свойству, известному как голоморфия, что позволяет точно вычислить голоморфные величины. Это делает суперсимметричные модели полезными "игрушечные модели "более реалистичных теорий. Ярким примером этого была демонстрация S-дуальности в четырехмерных калибровочных теориях.[42] который меняет местами частицы и монополи.

Доказательство Теорема Атьи – Зингера об индексе значительно упрощается за счет использования суперсимметричной квантовой механики.

Суперсимметрия в квантовой гравитации

Теория струн
Calabi yau formatted.svg
Фундаментальные объекты
Теория возмущений
Непертурбативные результаты
Феноменология
Математика
Связанные понятия
Основные статьи: Теория суперструн и Теория струн

Суперсимметрия является частью теория суперструн, а теория струн из квантовая гравитация, хотя теоретически он может быть компонентом и других теорий квантовой гравитации, таких как петля квантовой гравитации. За теория суперструн чтобы быть последовательным, кажется, что на каком-то уровне требуется суперсимметрия (хотя это может быть сильно нарушенная симметрия). Если экспериментальные данные подтверждают суперсимметрию в виде суперсимметричные частицы такой как нейтралино это часто считается самым легким суперпартнер, некоторые люди считают, что это поможет теория суперструн. Поскольку суперсимметрия является обязательным компонентом теории суперструн, любая обнаруженная суперсимметрия будет согласована с теорией суперструн. Если Большой адронный коллайдер и другие крупные эксперименты по физике элементарных частиц не могут обнаружить суперсимметричных партнеров, многие версии теория суперструн которая предсказывала, что определенные маломассивные суперпартнеры существующих частиц, возможно, потребуют значительного пересмотра.

Общая суперсимметрия

Суперсимметрия появляется во многих связанных контекстах теоретической физики. Возможно иметь несколько суперсимметрий, а также суперсимметричные дополнительные измерения.

Расширенная суперсимметрия

Может быть более одного вида преобразования суперсимметрии. Теории с более чем одним преобразованием суперсимметрии известны как расширенный суперсимметричный теории. Чем больше суперсимметрии в теории, тем более ограничены содержание поля и взаимодействия. Обычно количество копий суперсимметрии является степенью 2 (1, 2, 4, 8 ...). В четырех измерениях спинор имеет четыре степени свободы, и, таким образом, минимальное количество генераторов суперсимметрии равно четырем в четырех измерениях, а наличие восьми копий суперсимметрии означает, что существует 32 генератора суперсимметрии.

Максимальное возможное количество генераторов суперсимметрии - 32. Теории с более чем 32 генераторами суперсимметрии автоматически имеют безмассовые поля со спином больше 2. Неизвестно, как заставить взаимодействовать безмассовые поля со спином больше двух, поэтому максимальное количество генераторов суперсимметрии считается 32. Это связано с Теорема Вайнберга – Виттена. Это соответствует N = 8 теория суперсимметрии. Теории с 32 суперсимметрией автоматически имеют гравитон.

Для четырех измерений существуют следующие теории с соответствующими мультиплетами[43] (CPT добавляет копию, если они не инвариантны относительно такой симметрии):

N = 1Киральный мультиплет(0,1/2)
Векторный мультиплет(1/2,1)
Мультиплет гравитино(1,3/2)
Мультиплет гравитона(3/2,2)
N = 2Гипермультиплет(−1/2,02,1/2)
Векторный мультиплет(0,1/2 2,1)
Мультиплет супергравитации(1,3/2 2,2)
N = 4Векторный мультиплет(−1,−1/2 4,06,1/2 4,1)
Мультиплет супергравитации(0,1/2 4,16,3/2 4,2)
N = 8Мультиплет супергравитации(−2,−3/2 8,−128,−1/2 56,070,1/2 56,128,3/2 8,2)

Суперсимметрия в альтернативных числах измерений

Возможна суперсимметрия в других измерениях, кроме четырех. Поскольку свойства спиноров сильно меняются между разными измерениями, каждое измерение имеет свои характеристики. В d размеры, размер спиноров примерно 2d/2 или 2(d − 1)/2. Поскольку максимальное количество суперсимметрий равно 32, максимальное количество измерений, в которых может существовать суперсимметричная теория, равно одиннадцати.[нужна цитата ]

Дробная суперсимметрия

Дробная суперсимметрия - это обобщение понятия суперсимметрии, в котором минимальное положительное количество спина не обязательно 1/2 но может быть произвольным 1/N для целого значения N. Такое обобщение возможно в двух или меньшем количестве. пространство-время размеры.

Текущее состояние

Суперсимметричные модели ограничены множеством экспериментов, включая измерения низкоэнергетических наблюдаемых, например, аномальный магнитный момент мюона в Фермилаб; в WMAP Измерение плотности темной материи и эксперименты по прямому обнаружению - например, КСЕНОН -100 и ЛЮКС; и экспериментами на коллайдерах частиц, включая B-физика, Феноменология Хиггса и прямые поиски суперпартнеров (спартиклей) на Большой электрон-позитронный коллайдер, Теватрон и LHC. Фактически, ЦЕРН публично заявляет, что если суперсимметрия «верна, суперсимметричные частицы должны появляться при столкновениях на LHC».[44]

Исторически сложилось так, что самые жесткие ограничения были связаны с прямым производством на коллайдерах. Первые ограничения на массу скварков и глюино были сделаны в ЦЕРН посредством UA1 эксперимент и UA2 эксперимент на Супер протонный синхротрон. Позже LEP установил очень строгие ограничения,[45] которые в 2006 г. были расширены экспериментом D0 на Тэватроне.[46][47] С 2003-2015 гг. WMAP 'песок Планк с темная материя измерения плотности имеют сильно ограниченные модели суперсимметрии, которые, если они объясняют темную материю, должны быть настроены таким образом, чтобы задействовать конкретный механизм для достаточного уменьшения нейтралино плотность.

До начала работы LHC, в 2009 году, соответствие доступных данных CMSSM и NUHM1 показало, что скварки и глюино, скорее всего, имели массы в диапазоне от 500 до 800 ГэВ, хотя значения до 2,5 ТэВ допускались с низкой вероятностью. . Ожидалось, что нейтралино и слептоны будут довольно легкими, причем самый легкий нейтралино и самый легкий стау, скорее всего, будут обнаружены между 100 и 150 ГэВ.[48]

Первый запуск LHC не нашли доказательств суперсимметрии и, как следствие, превзошли существующие экспериментальные пределы из Большой электрон-позитронный коллайдер и Теватрон и частично исключены вышеупомянутые ожидаемые диапазоны.[49]

В 2011–2012 гг. LHC обнаружил бозон Хиггса с массой около 125 ГэВ и связями с фермионами и бозонами, которые согласуются с Стандартная модель. MSSM предсказывает, что масса самых легких бозон Хиггса не должна быть намного больше, чем масса Z-бозон, а в отсутствие тонкая настройка (при масштабе нарушения суперсимметрии порядка 1 ТэВ) не должно превышать 135 ГэВ.[50]

В LHC результат кажется проблематичным для минимальной суперсимметричной модели, поскольку значение 125 ГэВ относительно велико для модели и может быть достигнуто только с помощью больших радиационных петлевых поправок сверху. скварки, который многие теоретики считают «неестественным» (см. естественность (физика) и тонкая настройка ).[51] Некоторые исследователи стремятся согласовать нынешнюю ситуацию с концепцией «волокнистой естественности»,[52] где масса Хиггса притягивается за счет эффектов струнного ландшафта до 125 ГэВ, а массы частиц вытягиваются за пределы досягаемости текущего LHC.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хабер, Хауи. «Суперсимметрия. Часть I (Теория)» (PDF). Обзоры, таблицы и графики. Группа данных по частицам (PDG). Получено 8 июля 2015.
  2. ^ «суперсимметрия». Мерриам-Вебстер. Получено Второе октября, 2017.
  3. ^ Мартин, Стивен П. (1997). "Праймер суперсимметрии". Перспективы суперсимметрии. Продвинутая серия по направлениям физики высоких энергий. 18. стр.1–98. arXiv:hep-ph / 9709356. Дои:10.1142/9789812839657_0001. ISBN  978-981-02-3553-6. S2CID  118973381.
  4. ^ Баер, Ховард; Тата, Ксеркс (2006). Слабая масштабная суперсимметрия: от суперполей к событиям рассеяния.
  5. ^ Дайн, Майкл (2007). Суперсимметрия и теория струн: за пределами стандартной модели. п.169.
  6. ^ а б «Публичные результаты ATLAS по суперсимметрии». Сотрудничество ATLAS. ЦЕРН. Получено 24 сентября 2017.
  7. ^ а б «Публичные результаты суперсимметрии CMS». CMS. ЦЕРН. Получено 24 сентября 2017.
  8. ^ Барон Дж., Кэмпбелл В. К., Демилль Д., Дойл Дж. М., Габриэль Дж. И др. (2014). "Предел меньшего порядка величины электрического дипольного момента электрона". Наука. 343 (6168): 269–272. arXiv:1310.7534. Bibcode:2014Научный ... 343..269B. Дои:10.1126 / science.1248213. PMID  24356114. S2CID  564518.
  9. ^ Вулховер, Натали (20 ноября 2012 г.). «Суперсимметрия не проходит тест, вынуждая физику искать новые идеи». Журнал Quanta.
  10. ^ Вулховер, Натали (9 августа 2016 г.). "Что означает отсутствие новых частиц для физики". Журнал Quanta.
  11. ^ Шифман, М. (31 октября 2012 г.). Размышления и импрессионистский портрет. Границы за пределами стандартной модели. FTPI. arXiv:1211.0004v1.
  12. ^ Говард Баер; Вернон Баргер; Дэн Микельсон (сентябрь 2013 г.). «Как обычные меры переоценивают точную электрослабую настройку в суперсимметричной теории». Физический обзор D. 88 (9): 095013. arXiv:1309.2984. Bibcode:2013ПхРвД..88и5013Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.88.095013. S2CID  119288477.
  13. ^ Говард Баер; Вернон Баргер; Пейси Хуанг; Дэн Микельсон; Азар Мустафаев; Ксеркс Тата (декабрь 2012 г.). «Излучательная естественная суперсимметрия: согласование электрослабой тонкой настройки и массы бозона Хиггса». Физический обзор D. 87 (11): 115028. arXiv:1212.2655. Bibcode:2013ПхРвД..87к5028Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.87.115028. S2CID  73588737.
  14. ^ Майкл Р. Дуглас (май 2004 г.). «Статистический анализ шкалы нарушения суперсимметрии». arXiv:hep-th / 0405279.
  15. ^ В. Агравал; С. Барр; Дж. Ф. Донохью; Д. Секель (январь 1998 г.). «Антропные соображения в многодоменных теориях и масштаб нарушения электрослабой симметрии». Письма с физическими проверками. 80 (9): 1822–1825. arXiv:hep-ph / 9801253. Bibcode:1998ПхРвЛ..80.1822А. Дои:10.1103 / PhysRevLett.80.1822. S2CID  14397884.
  16. ^ Х. Баер; В. Баргер; Х. Серце; К. Синха (декабрь 2017 г.). «Хиггс и предсказания массы суперчастиц с ландшафта». Журнал физики высоких энергий. 1803 (3): 002. arXiv:1712.01399. Дои:10.1007 / JHEP03 (2018) 002. S2CID  113404486.
  17. ^ Х. Баер; А. Мустафаев; X. Тата (сентябрь 2014 г.). "Monojet плюс сигнал мягкого дилептона от производства легкой пары хиггсино на LHC14". Физический обзор D. 90 (11): 115007. arXiv:1409.7058. Bibcode:2014ПхРвД..90к5007Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.90.115007. S2CID  119194219.
  18. ^ Atlas Collaboration (май 2019 г.). «Поиски электрослабого рождения суперсимметричных частиц со сжатыми масс-спектрами в корнях = 13 ТэВ pp-столкновениях с детектором ATLAS». Атлас-Конф-2019-014.
  19. ^ Дэвид, Кертин (август 2011 г.). Построение модели и физика коллайдера выше слабого масштаба (PDF) (Кандидатская диссертация). Корнелл Университет.
  20. ^ Фенг, Джонатан (11 мая 2007 г.). «Суперсимметричная темная материя» (PDF). Калифорнийский университет в Ирвине.
  21. ^ Брингманн, Торстен. Чудо "WIMP""" (PDF). Гамбургский университет. Архивировано из оригинал (PDF) 1 марта 2013 г.
  22. ^ Хааг, Рудольф; Лопушанский, Ян Т .; Сониус, Мартин (1975). «Все возможные генераторы суперсимметрий S-матрицы». Ядерная физика B. 88 (2): 257–274. Bibcode:1975НуФБ..88..257Х. Дои:10.1016/0550-3213(75)90279-5.
  23. ^ Х. Миядзава (1966). «Токи, изменяющие барионное число». Прог. Теор. Phys. 36 (6): 1266–1276. Bibcode:1966ПТХФ..36.1266М. Дои:10.1143 / PTP.36.1266.
  24. ^ Х. Миядзава (1968). «Спинорные токи и симметрии барионов и мезонов». Phys. Rev. 170 (5): 1586–1590. Bibcode:1968ПхРв..170.1586М. Дои:10.1103 / PhysRev.170.1586.
  25. ^ Каку, Мичио (1993). Квантовая теория поля. п. 663. ISBN  0-19-509158-2.
  26. ^ Фройнд, Питер (1988-03-31). Введение в суперсимметрию. С. 26–27, 138. ISBN  0-521-35675-X.
  27. ^ Gervais, J.-L .; Сакита, Б. (1971). «Теоретико-полевая интерпретация суперкадров в дуальных моделях». Ядерная физика B. 34 (2): 632–639. Bibcode:1971НуФБ..34..632Г. Дои:10.1016/0550-3213(71)90351-8.
  28. ^ Д. В. Волков, В. П. Акулов, Письма Ж.Эксп.Теор.Физ. 16 (1972) 621; Phys.Lett. B46 (1973) 109; В.П. Акулов, Д. Волков, Теория мат. Физ. 18 (1974) 39
  29. ^ Рамонд П. (1971). «Двойственная теория свободных фермионов». Физический обзор D. 3 (10): 2415–2418. Bibcode:1971ПхРвД ... 3.2415Р. Дои:10.1103 / PhysRevD.3.2415.
  30. ^ Wess, J .; Зумино, Б. (1974). "Преобразования суперкадров в четырех измерениях". Ядерная физика B (Представлена ​​рукопись). 70 (1): 39–50. Bibcode:1974НуФБ..70 ... 39Вт. Дои:10.1016/0550-3213(74)90355-1.
  31. ^ Хаген Кляйнерт, Открытие суперсимметрии в ядрах
  32. ^ Ячелло, Ф. (1980). «Динамические суперсимметрии в ядрах». Письма с физическими проверками. 44 (12): 772–775. Bibcode:1980PhRvL..44..772I. Дои:10.1103 / PhysRevLett.44.772. S2CID  14130911.
  33. ^ Friedan, D .; Qiu, Z .; Шенкер, С. (1984). «Конформная инвариантность, унитарность и критические показатели в двух измерениях». Письма с физическими проверками. 52 (18): 1575–1578. Bibcode:1984ПхРвЛ..52.1575Ф. Дои:10.1103 / PhysRevLett.52.1575. S2CID  122320349.
  34. ^ а б Кейн, Гордон Л. (июнь 2003 г.). «Рассвет физики за пределами стандартной модели». Scientific American. 288 (6): 68–75. Bibcode:2003SciAm.288f..68K. Дои:10.1038 / scientificamerican0603-68. PMID  12764939.
  35. ^ «Границы физики». Специальное издание Scientific American. 15 (3): 8. 2005.
  36. ^ Ефетов, Константин (1997). Суперсимметрия в беспорядке и хаосе. Издательство Кембриджского университета.
  37. ^ Мири, М.-А .; Генрих, М .; El-Ganainy, R .; Христодулидес, Д. Н. (2013). «Суперсимметричные оптические структуры». Письма с физическими проверками. 110 (23): 233902. arXiv:1304.6646. Bibcode:2013ПхРвЛ.110в3902М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.110.233902. PMID  25167493. S2CID  15354588.
  38. ^ Генрих, М .; Мири, М.-А .; Stützer, S .; El-Ganainy, R .; Nolte, S .; Szameit, A .; Христодулидес, Д. Н. (2014). «Преобразователи суперсимметричных мод». Nature Communications. 5: 3698. arXiv:1401.5734. Bibcode:2014 НатКо ... 5,3698H. Дои:10.1038 / ncomms4698. PMID  24739256. S2CID  2070325.
  39. ^ Мири, М.-А .; Генрих, Маттиас; Христодулидес, Д. Н. (2014). «Оптика одномерного преобразования в стиле SUSY». Optica. 1 (2): 89–95. arXiv:1408.0832. Bibcode:2014arXiv1408.0832M. Дои:10.1364 / OPTICA.1.000089. S2CID  15561466.
  40. ^ Овчинников, Игорь (март 2016). «Введение в суперсимметричную теорию стохастика». Энтропия. 18 (4): 108. arXiv:1511.03393. Bibcode:2016Entrp..18..108O. Дои:10.3390 / e18040108. S2CID  2388285.
  41. ^ Овчинников Игорь; Энслин, Торстен (апрель 2016 г.). «Кинематическое динамо, нарушение суперсимметрии и хаос». Физический обзор D. 93 (8): 085023. arXiv:1512.01651. Bibcode:2016ПхРвД..93х5023О. Дои:10.1103 / PhysRevD.93.085023. S2CID  59367815.
  42. ^ Красниц, Майкл (2003). Корреляционные функции в суперсимметричных калибровочных теориях от супергравитационных флуктуаций (PDF). Физический факультет Принстонского университета: Физический факультет Принстонского университета. п. 91.
  43. ^ Полчинский, Дж. Теория струн. Vol. 2: Теория суперструн и не только, Приложение B
  44. ^ «Суперсимметрия предсказывает частицу-партнера для каждой частицы в Стандартной модели, чтобы помочь объяснить, почему частицы имеют массу». ЦЕРН: суперсимметрия. Получено 5 сентября 2019.
  45. ^ LEPSUSYWG, ALEPH, DELPHI, эксперименты L3 и OPAL, чарджино, большой m0 LEPSUSYWG / 01-03.1
  46. ^ D0-Сотрудничество (2009). "Поиск сопутствующего образования чарджино и нейтралино в конечном состоянии трилептона с использованием 2,3 фб−1 данных ». Письма по физике B. 680 (1): 34–43. arXiv:0901.0646. Bibcode:2009ФЛБ..680 ... 34Д. Дои:10.1016 / j.physletb.2009.08.011. HDL:10211.3/195394. S2CID  54016374.
  47. ^ Сотрудничество D0 (2008). "Поиск скварков и глюино в событиях со струями и отсутствующей поперечной энергией с использованием 2.1 фб−1 пп− данные о столкновении на s = 1,96 ТэВ ". Письма по физике B. 660 (5): 449–457. arXiv:0712.3805. Bibcode:2008ФЛБ..660..449Д. Дои:10.1016 / j.physletb.2008.01.042. S2CID  18574837.
  48. ^ Бухмюллер О. и др. (2009). "Функции правдоподобия для суперсимметричных наблюдаемых в частотном анализе CMSSM и NUHM1". Европейский физический журнал C. 64 (3): 391–415. arXiv:0907.5568. Bibcode:2009EPJC ... 64..391B. Дои:10.1140 / epjc / s10052-009-1159-z. S2CID  9430917.
  49. ^ Рошковски, Лешек; Сессоло, Энрико Мария; Уильямс, Эндрю Дж. (11 августа 2014 г.). «Что дальше для CMSSM и NUHM: улучшенные перспективы для обнаружения суперпартнеров и темной материи». Журнал физики высоких энергий. 2014 (8): 67. arXiv:1405.4289. Bibcode:2014JHEP ... 08..067R. Дои:10.1007 / JHEP08 (2014) 067. S2CID  53526400.
  50. ^ Марсела Карена и Ховард Э. Хабер; Хабер (2003). "Теория бозона Хиггса и феноменология". Прогресс в физике элементарных частиц и ядерной физике. 50 (1): 63–152. arXiv:hep-ph / 0208209. Bibcode:2003ПрПНП..50 ... 63С. Дои:10.1016 / S0146-6410 (02) 00177-1. S2CID  5163410.
  51. ^ Дрейпер, Патрик; Мид, Патрик; Рис, Мэтью; Ши, Дэвид (декабрь 2011 г.). «Последствия 125 ГэВ Хиггса для MSSM и низкомасштабного нарушения SUSY». Физический обзор D. 85 (9): 095007. arXiv:1112.3068. Bibcode:2012ПхРвД..85i5007Д. Дои:10.1103 / PhysRevD.85.095007. S2CID  118577425.
  52. ^ Х. Баер; В. Баргер; С. Салам (июнь 2019 г.). «Естественность против вязкой естественности (с последствиями для коллайдеров и поисков темной материи)». Physical Review Research. 1 (2): 023001. arXiv:1906.07741. Bibcode:2019arXiv190607741B. Дои:10.1103 / PhysRevResearch.1.023001. S2CID  195068902.

дальнейшее чтение

Теоретические введения, бесплатно и онлайн

Монографии

  • Слабая шкала суперсимметрии Авторы Говард Бэр и Ксеркс Тата, 2006.
  • Купер, Ф .; Khare, A .; Сухатме, У. (1995). «Суперсимметрия и квантовая механика». Отчеты по физике (Представлена ​​рукопись). 251 (5–6): 267–385. arXiv:hep-th / 9405029. Bibcode:1995PhR ... 251..267C. Дои:10.1016 / 0370-1573 (94) 00080-М. S2CID  119379742. (arXiv: hep-th / 9405029).
  • Юнкер, Г. (1996). Суперсимметричные методы в квантовой и статистической физике. Дои:10.1007/978-3-642-61194-0. ISBN  978-3-540-61591-0..
  • Кейн, Гордон Л., Суперсимметрия: раскрытие основных законов природы, Основные книги, Нью-Йорк (2001). ISBN  0-7382-0489-7.
  • Дрис, Мануэль, Годбол, Рохини и Рой, Пробир, Теория и феноменология частиц, World Scientific, Сингапур (2005 г.), ISBN  9-810-23739-1.
  • Кейн, Гордон Л. и Шифман М., ред. Суперсимметричный мир: истоки теории, World Scientific, Сингапур (2000). ISBN  981-02-4522-Х.
  • Мюллер-Кирстен, Харальд Дж. У. и Видеманн, Армин, Введение в суперсимметрию, 2-е изд., World Scientific, Сингапур (2010). ISBN  978-981-4293-41-9.
  • Вайнберг, Стивен, Квантовая теория полей, том 3: суперсимметрия, Издательство Кембриджского университета, Кембридж (1999). ISBN  0-521-66000-9.
  • Весс, Джулиус и Джонатан Баггер, Суперсимметрия и супергравитация, Издательство Принстонского университета, Принстон (1992). ISBN  0-691-02530-4.
  • Натх, Пран, Суперсимметрия, супергравитация и объединение, Издательство Кембриджского университета, Кембридж, (2016), ISBN  0-521-19702-3.
  • Duplij, Стивен (2003). Дуплий, Стивен; Сигел, Уоррен; Баггер, Джонатан (ред.). Краткая энциклопедия суперсимметрии. Дои:10.1007/1-4020-4522-0. ISBN  978-1-4020-1338-6.

Об экспериментах

внешняя ссылка