Teoria supersymetrii
Współczesna fizyka próbuje odpowiedzieć na wiele fundamentalnych pytań dotyczących budowy Wszechświata. Jednym z nich jest natura ciemnej materii, czyli tajemniczej substancji, która nie emituje światła, ale wywiera wyraźny wpływ grawitacyjny na galaktyki i całe struktury kosmiczne. Jedną z teorii, które próbują wyjaśnić to zjawisko, jest teoria supersymetrii.
Supersymetria (często zapisywana skrótem SUSY, od ang. supersymmetry) jest rozszerzeniem standardowego modelu fizyki cząstek elementarnych. Jej główną ideą jest istnienie pewnej symetrii pomiędzy dwiema podstawowymi klasami cząstek występujących w przyrodzie: fermionami i bozonami.
Fermiony to cząstki, które tworzą materię. Należą do nich między innymi:
- elektrony,
- protony,
- neutrony,
- a także cząstki elementarne, z których są one zbudowane, czyli kwarki.
To właśnie z fermionów zbudowane są atomy, a więc również wszystkie znane nam obiekty – od skał i wody po gwiazdy i planety.
Drugą ważną grupę stanowią bozony. Cząstki te nie tworzą materii w tradycyjnym sensie, lecz są odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań pomiędzy fermionami. Można powiedzieć, że działają jak „posłańcy” sił fizycznych. Do tej grupy należą między innymi:
- fotony, które przenoszą oddziaływanie elektromagnetyczne,
- gluony, odpowiedzialne za oddziaływania silne w jądrze atomowym,
- oraz hipotetyczne grawitony, które według niektórych teorii przenoszą grawitację.
Teoria supersymetrii zakłada, że każdej znanej cząstce odpowiada jeszcze jedna, supersymetryczna cząstka partnerska. Oznacza to, że każdy fermion miałby swojego bozonowego partnera, a każdy bozon – fermionowego.
Przykładowo:
- partnerem elektronu miałby być selekton (s-elektron),
- partnerem kwarków – skwarki,
- fotonowi odpowiadałby fotino,
- a grawitonowi – grawitino.
Cząstki te nazywa się często superpartnerami. Według teorii powinny one mieć podobne właściwości do swoich „zwykłych” odpowiedników, ale różnić się spinem i zazwyczaj znacznie większą masą.
Jednym z powodów, dla których supersymetria wzbudza duże zainteresowanie fizyków, jest możliwość wyjaśnienia natury ciemnej materii. Niektóre supersymetryczne cząstki – szczególnie tzw. neutralina – są dobrymi kandydatami na składnik tej niewidzialnej materii, która może stanowić około 85% całej materii we Wszechświecie.
Mimo ogromnego znaczenia tej teorii, jak dotąd nie udało się bezpośrednio wykryć żadnej supersymetrycznej cząstki. Wielkie eksperymenty prowadzone w akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w CERN, próbują odnaleźć ślady takich obiektów. Jeśli kiedyś zostaną odkryte, potwierdzenie supersymetrii byłoby jednym z największych przełomów w fizyce współczesnej.
Nawet jeśli supersymetria okaże się niepełna lub będzie wymagała modyfikacji, sama idea pokazuje, jak fizycy próbują zrozumieć głębokie prawa rządzące Wszechświatem i połączyć w jedną teorię różne rodzaje cząstek oraz oddziaływań.
Bibliografia
Halpern, P. – Struktura Wszechświata
Hawking, S. – Krótka historia czasu
Greene, B. – Ukryta rzeczywistość
CERN – materiały edukacyjne dotyczące supersymetrii i fizyki cząstek elementarnych