Supersimetría dividida

Más allá del modelo estándar
Datos simulados del detector de partículas CMS del gran colisionador de hadrones que muestran un bosón de Higgs producido por la colisión de protones que se descomponen en chorros de hadrones y electrones
Modelo estandar
Evidencia Hierarchy problem Dark matter Dark energy Quintessence Phantom energy Dark radiation Dark photon Cosmological constant problem Strong CP problem Neutrino oscillation
Teorías Brans–Dicke theory Cosmic censorship hypothesis Fifth force F-theory Theory of everything Unified field theory Grand Unified Theory Technicolor Kaluza–Klein theory Topological quantum field theory Local quantum field theory Liouville field theory 6D (2,0) superconformal field theory Noncommutative quantum field theory Quantum cosmology Brane cosmology String theory Superstring theory M-theory Mathematical universe hypothesis Mirror matter Randall–Sundrum model Yang–Mills theory N = 4 supersymmetric Yang–Mills theory Twistor string theory Dark fluid Doubly special relativity de Sitter invariant special relativity Causal fermion systems Black hole thermodynamics Unparticle physics Graviphoton Graviscalar Graviton Gravitino Massive gravity Gauge gravitation theory Gauge theory gravity CPT symmetry
Supersimetría MSSM NMSSM Superstring theory M-theory Supergravity Supersymmetry breaking Extra dimensions Large extra dimensions
Gravedad cuántica False vacuum String theory Spin foam Quantum foam Quantum geometry Loop quantum gravity Quantum cosmology Loop quantum cosmology Causal dynamical triangulation Causal fermion systems Causal sets Canonical quantum gravity Semiclassical gravity Superfluid vacuum theory
Experimentos ANNIE Gran Sasso INO LHC SNO Super-K Tevatron NOvA
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En física de partículas , la supersimetría dividida es una propuesta de física más allá del modelo estándar . Se propuso por separado en tres artículos. El primero de James Wells en junio de 2003 en una forma más modesta que relajó levemente la suposición sobre la naturalidad en el potencial de Higgs. En mayo de 2004, Nima Arkani-Hamed y Savas Dimopoulos argumentaron que la naturalidad en el sector de Higgs puede no ser una guía precisa para proponer una nueva física más allá del Modelo Estándar y argumentaron que la supersimetría se puede realizar de una manera diferente que preserva la unificación del acoplamiento de calibre y tiene un candidato a materia oscura . En junio de 2004Gian Giudice y Andrea Romanino argumentaron desde un punto de vista general que si uno quiere unificación de acoplamiento de calibre y un candidato de materia oscura, esa supersimetría dividida es una de las pocas teorías que existen.

Las nuevas partículas de luz (~ TeV) en la supersimetría dividida (más allá de las partículas de los modelos estándar) son

Campo	Vuelta	Cargos de calibre	Nombre
${\displaystyle {\tilde {g}}}$	${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$	${\displaystyle (8,1)_{0}}$	gluino
${\displaystyle {\tilde {W}}}$	${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$	${\displaystyle (1,3)_{0}}$	borracho
${\displaystyle {\tilde {B}}}$	${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$	${\displaystyle (1,1)_{0}}$	bino
${\displaystyle {\tilde {H}}_{u}}$	${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$	${\displaystyle (1,2)_{\frac {1}{2}}}$	higgsino
${\displaystyle {\tilde {H}}_{d}}$	${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$	${\displaystyle (1,2)_{-{\frac {1}{2}}}}$	higgsino

El Lagrangiano para la supersimetría dividida está restringido por la existencia de supersimetría de alta energía. Hay cinco acoplamientos en la supersimetría dividida: el acoplamiento cuártico de Higgs y cuatro acoplamientos de Yukawa entre Higgsinos, Higgs y gauginos. Los acoplamientos se establecen mediante un parámetro,${\displaystyle \tan \beta }$, en la escala donde se desacoplan los escalares supersimétricos. Debajo de la escala de ruptura de supersimetría, estos cinco acoplamientos evolucionan a través de la ecuación del grupo de renormalización hasta la escala TeV. En un futuro colisionador lineal , estos acoplamientos podrían medirse al nivel del 1% y luego el grupo de renormalización evolucionó hasta altas energías para mostrar que la teoría es supersimétrica a una escala excesivamente alta.

Gluinos de larga vida

La característica sorprendente de la supersimetría dividida es que el gluino se convierte en una partícula cuasi estable con una vida útil que podría durar hasta 100 segundos. Un gluino que viviera más tiempo interrumpiría la nucleosíntesis del Big Bang o se habría observado como una fuente adicional de rayos gamma cósmicos. El gluino tiene una vida larga porque solo puede descomponerse en un squark y un quark y porque los squarks son muy pesados ​​y estas desintegraciones están muy suprimidas. Por lo tanto, la tasa de desintegración del gluino se puede estimar aproximadamente, en unidades naturales , como${\displaystyle {{m_{g}}^{5} \over {m_{sq}}^{4}}}$ donde ${\displaystyle m_{g}}$es la masa en reposo de gluino y${\displaystyle m_{sq}}$la masa de reposo de squark . Para la masa de gluino del orden de 1 TeV , el límite cosmológico mencionado anteriormente establece un límite superior de aproximadamente${\displaystyle 10^{9}}$ GeV en masas cuadradas .

La vida útil potencialmente larga del gluino conduce a diferentes firmas de colisionadores en el Tevatron y el Gran Colisionador de Hadrones . Hay tres formas de ver estas partículas:

• Medición de la relación entre el impulso y la energía o la velocidad en las cámaras de seguimiento (dE / dx en la cámara de seguimiento interior o p / v en la cámara de seguimiento de muones exterior)
• Buscando eventos de chorro singlete en exceso que surgen de la radiación del estado inicial o final.
• Buscando gluinos que han llegado a reposar dentro del detector y luego se descomponen. Tal evento puede ocurrir si el gluino se hadroniza para formar un hadrón exótico que interactúa fuertemente con un nucleón en el detector para crear un hadrón cargado exótico . Este último se desacelerará por interacción electromagnética dentro del detector y eventualmente se detendrá.

Ventajas e inconvenientes

La supersimetría dividida permite la unificación de acoplamiento de calibre como lo hace la supersimetría, porque las partículas que tienen masas mucho más allá de la escala TeV no juegan un papel importante en la unificación. Estas partículas son el gravitino , que tiene un pequeño acoplamiento (del orden de la interacción gravitacional ) con las otras partículas, y los socios escalares de los fermiones del modelo estándar, a saber, squarks y sleptons . Estos últimos mueven las funciones beta de todos los acoplamientos de calibre juntos y no influyen en su unificación, porque en la teoría de la gran unificación forman un multiplete SU (5) completo ., como una generación completa de partículas.

La supersimetría dividida también resuelve el problema cosmológico del gravitino , porque la masa del gravitino es mucho mayor que TeV .

Los límites superiores de la tasa de desintegración de protones también pueden satisfacerse porque los cuadrados también son muy pesados.

Por otro lado, a diferencia de la supersimetría convencional , la supersimetría dividida no resuelve el problema de la jerarquía, que ha sido una motivación principal para las propuestas de nueva física más allá del Modelo Estándar desde 1979. Una propuesta es que el problema de la jerarquía se "resuelve" asumiendo una precisión fina. sintonía por motivos antrópicos .

Historia

La actitud inicial de algunos miembros de la comunidad de físicos de alta energía hacia la supersimetría dividida fue ilustrada por una parodia llamada supersimetría super dividida . A menudo, cuando se propone una nueva noción en física, se produce una reacción instintiva. Cuando la naturalidad en el sector de Higgs se propuso inicialmente como una motivación para la nueva física, la noción no se tomó en serio. Después de que se propuso el modelo estándar supersimétrico, Sheldon Glashow bromeó diciendo que "la mitad de las partículas ya se han descubierto". Después de 25 años, la noción de naturalidad se había arraigado tanto en la comunidad que se ridiculizó proponer una teoría que no utilizara la naturalidad como motivación principal. La supersimetría dividida hace predicciones que son distintas del modelo estándary el Modelo Estándar Mínimo Supersimétrico y la naturaleza última de la naturalidad en el sector de Higgs se determinará con suerte en futuros colisionadores.

Muchos de los defensores originales de la naturalidad ya no creen que debería ser una restricción exclusiva de la nueva física. Kenneth Wilson originalmente lo defendió, pero recientemente lo calificó como uno de sus mayores errores durante su carrera. ^{[ cita requerida ]} Steven Weinberg relajó la noción de naturalidad en la constante cosmológica y abogó por una explicación ambiental para ella en 1987. Leonard Susskind , quien inicialmente propuso el tecnicolor , es un firme defensor de la noción de paisaje y no naturalidad. Savas Dimopoulos , quien inicialmente propuso el modelo estándar supersimétrico, propuso la supersimetría dividida.

Ver también

• Modelo estándar mínimo supersimétrico
• Supersimetría superdividida
• Supersimetría

Enlaces externos

• Implicaciones de la ruptura de supersimetría con una pequeña jerarquía entre gauginos y escalares por James D. Wells
• Unificación supersimétrica sin supersimetría de baja energía y firmas para el ajuste fino en el LHC por Nima Arkani-Hamed y Savas Dimopoulos
• Supersimetría dividida por GF Giudice y A. Romanino
• Artículos de autoridad sobre supersimetría dividida