Süpersimetri

Tarihçe

Süper simetri, mezonlar ve baryonları ilk kez Hironari Miyazawa tarafından 1966 yılında hadronik fiziği adı altında adları geçmiştir.Bu süper simetri uzay-zaman’ı içermez , iç simetriyi ele alır ve kötü bir şekilde bozulmuştur.Onun çalışmaları o sıralar yoksayılmaktaydı.
J.L. Gervais ve B. Sakita (1971) ,  Yu. A. Golfand ve E.P. Likhtman (1971), D.V. Volkov ve V.P. Akuloov(1972) birbirlerinden bağımsız olarak teker teker kuantum alan teorisinin içinde süper simetiryi keşfettiler.Süper simetri radikal olarak uzay-zaman ve temel alanlarda yeni tip bir simetriydi.Bu simetri farklı kuantum doğalarının temel parçacıları, bozonlar ve fermiyonlar, ve mikroskopik dünyanın uzay-zaman ve iç simetrileri arasında bir ilişki kurar.Süper simetri Pierre Ramond, John H. Schwarz ve Andre Neveu tarafından önceki bağ teorisinin önceki versiyonuyla bağlam içindedir.
Son olarak J. Wess ve B. Zumino (1974) dört boyutlu süpersimetrik alan teorisinin karakteristik renormalizasyon özelliklerini tanımladılar.Bu dikkat çekici kuantum alan teorisi onları diğerlerinden ayırdı ve onlarla birlikte Abdus Salam ve onların araştırmacı arkadaşları erken parçacık fiziği uygulamalarını tanıttı.Süper simetrinin matematiksel yapısı sonradan fiziğin diğer alanlarında da uygulanmıştır.Örneğin nükleer fizik, kritik fenomeni, kuantum mekaniği ve istatistiksel fizik bunlardan bazılarıdır.Minimal Süper Simetrik Standart Model veya MSSSM standart modelin ilk gerçekçi süper simetrik versiyonudur ve 1981 de Howard Georgi ve Savas Dimopoulos tarafından ileri sürülmüştür.Hiyerarşi problemi çözebilmek için öne sürülmüştü ve süper partnerlerin kütlelerinin 100 GeV ve 1 TeV arasında olduğunu tahmin eder.
Eylül 2011’de süper partnerlerden hiçbir önemli iz görülmedi.CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcı dünyanın en büyük enerjili çarpışmalarını üretir ve görülebilir gelecekte süper parçacıkları görebilme şansımızın en yüksek olduğu yerdir.
2012 ‘deki Higgs parçacığı’nın keşfinin ardından süper simetrik parçacıkların CERN’de görülmesi bekleniyordu.Ama henüz bile süper simetrik parçacıklar ile ilgili hiçbir iz görülmedi.Büyük Hidron Çarpıştırıcı ve CMS deneyleri ilk kez “acayip B mezonu” nu gözlemlememizi sağlar.Bu mezon standart modelde tahmin edildiği gibi iki müona ayrılır fakat bu süper simetriden bir işaret görmemizi imkansız hale getirir.

Olası Simetri Gruplarının Uzaması

Fizikçilerin süper simetriyi bulamasının bir sebebi , kuantum alan teorisi simetrisine daha benzer bir şekilde uzayabiliyor.Bu simetriler Poincare grubu ve iç simetriler olarak iki gruba ayrılır ve Coleman-Mandula teoremi gösterir ki bazı varsayımlar altında S-matrisinin simetrileri, kompakt iç simetriye sahip  Poincare grubunun veya eğer kütle farkı yoksa kompakt iç simetriye sahip konformal grubun direk bir ürünü olabilir.1971 de Golfand ve Likhtman ilk kez Poincare cebirinin dört değiştirilemez spinör üretecine başlangıcına kadar genişletilebileceğini açıklamışlardır.1975 te Haag-Lopuszanski-Sohnius teoremi genişletilmiş sayıda süper üreteç ve merkez operatör ile  birlikte bütün olası süper cebirleri genel formda analiz etti.Bu genişletilmiş süper Poincare cebir, çok büyük ve önemli olan süper simetrik alan teorisi sınıfının yollarını döşemiştir.

Süper Simetrik Standart Model

Standart Model’e süper simetriyi dahil etmek için parçacık sayısını iki katına çıkarmak gerekir.Çünkü Standart Model’deki hiçbir parçacık birbirlerinin süper partneri olamazlar.Yeni parçacıkların eklenmesiyle yeni olası etkileşimler ortaya çıkar.Standart Modelle uyuşan en basit olası süper simetrik model Minimal Süper Simetrik Standart Model ki bu model gerekli olan yeni parçacıkları ekler bu parçacıklar Standart Model’de süper partner olurlar.
Süper Simetri’ye en büyük motivasyon Higgs kütlesinin karesine doğru olan ikinci dereceden muhalif katkıdır.Higgs bozonunun kuantum mekaniği etkileşimi Higgs kütlesinin renormalize olmasına neden olur ve eğer kazara bir iptal olmazsa doğal Higgs kütlesinin hacmi en yüksek olası skaladır.Bu probleme hiyerarşi problemi denir.Süper simetri kuantum düzeltmelerinin fermiyonik ve bozonik Higgs etkileşimlerinin arasında otomatik iptaller yaparak hacmini küçültür.Eğer süper simetri daha düşük bir skalada depolanırsa Higgs kütlesi süper simetrinin bozulmasıyla alakalıdır.Bu bozulma küçük pertubative olmayan küçük efektler, zayıf etkileşimlerinin ve çekim etkilerinin farklı skalalarını açıklar.