**סוּפֶּר-סִימֶטְרִיָּה** או **סִימֶטְרִיַּת-עָל** (באנגלית: Supersymmetry, ובכתיב עברי תקין: סופר-סימטרייה או סימטריית-על) היא תאוריה בפיזיקת חלקיקים, הטוענת שיש בטבע סימטרייה הקשורה לבוזונים (חלקיקים נושאי כוח) ולפרמיונים (חלקיקי חומר). בתאוריות של סופר-סימטרייה, לכל פרמיון של המודל הסטנדרטי יש שותף-על בוזוני ולכל בוזון של המודל הסטנדרטי יש שותף-על פרמיוני. על אף שסופר-סימטרייה מעולם לא נצפתה בניסוי, היא מהווה מרכיב במספר תאוריות פיזיקליות, ובין אלה נכללות גם תאוריות הקשורות בהרחבת המודל הסטנדרטי כמו גם תאוריות חדשות של תורת המיתרים. באנגלית, בה המילה סימטריית-על היא *Supersymmetry*, נהוג להשתמש במונח *SUSY* במקום המילה המלאה. בשנת 2018 נמצאה ראיה באנטארקטיקה שייתכן מעידה על חלקיקים סופר-סימטריים.

המודל הסטנדרטי
--------------

 ערך מורחב – **המודל הסטנדרטי**  

על פי המודל הסטנדרטי, ניתן לחלק את החלקיקים היסודיים ביותר לשתי קבוצות: פרמיונים (מהם עשויים כל חלקיקי החומר) ובוזונים (הנושאים את הכוחות הפועלים על החומר). 

הפרמיונים עצמם מתחלקים לשלושה *דורות*, כלומר, כל פרמיון הוא חלק משלשה של פרמיונים בעלי תכונות דומות (כמו למשל מטען חשמלי) וסדר עולה של המסה. לדוגמה, אחד הפרמיונים הידועים ביותר הוא האלקטרון, ששותף לשלשה כזו עם המיואון והטאו. פרמיונים קיימים גם בשתי גרסאות עבור כל דור, עם מטען חשמלי שונה. כך עבור האלקטרון המיואון והטאו קיימים שלושה סוגים של חלקיקי נייטרינו בהתאמה. בדומה גם ששת הקווארקים מתחלקים לשתי שלשות. 

מצד שני, הבוזונים מופיעים בקבוצות שאינן מסודרות ו"נקיות" כלל, בהשוואה לפרמיונים. הקבוצות הללו כוללות סוגים שונים למדי, בעלי תת-קבוצות בהם יש טווח של 1 עד 16 חברים. בנוסף, לא נראה שקיים מבנה דורות: הפוטון, לדוגמה, מופיע רק בצורה אחת, ולמרות ששותפיו הם בוזוני W ו-Z, הם לא ממש מתאימים לשום דבר בצד הפרמיוני.

חוסר הדמיון שבין הצד הפרמיוני ה"נקי" לצד הבוזוני ה"מבולגן" מהווה את אחת מנקודות הבעייתיות של המודל הסטנדרטי.

סופר-סימטרייה
-------------

השערת הסופר-סימטרייה גורסת, כי לכל חלקיק בטבע ישנו בן-זוג הזהה לו בכל המטענים שלו, בעל אותה המסה, אך בעל ספין שונה ב-1/2. סופר-סימטרייה לא קיימת בטבע באנרגיות נמוכות ולכן ההשערה היא שהסימטרייה שבורה. כתוצאה מכך, לבני הזוג הסופר-סימטריים מסה שונה מהחלקיקים של המודל הסטנדרטי. בני-הזוג הסופר-סימטריים הללו נקראים שותפי-על (superpartners). שותפי-העל כבדים במספר סדרי גודל מבני-הזוג ה"סטנדרטיים" שלהם, ולכן עד כה לא נצפו במאיצי החלקיקים הקיימים (ר' להלן). 

כפי שזה נראה כעת, אף חלקיק מהמודל הסטנדרטי לא יכול להיות שותף-על של חלקיק אחר, כך שאם סופר-סימטרייה נכונה, חייבים להימצא עוד חלקיקים רבים שעדיין לא נתגלו, בערך כמספר החלקיקים במודל הסטנדרטי.

### מינוח

שותפי-על של פרמיונים נקראים כמו הפרמיונים בתוספת האות S בהתחלה: סלקטרון, סקווארק, סנייטרינו וכדומה. שותפי-על של בוזונים נקראים כמו הבוזונים בתוספת "\_ינו": ווינו (השותף של החלקיק W), זינו (השותף של החלקיק Z), פוטינו, גלואינו וכדומה. 

אפשרות אחת בכמה מודלים של סופר-סימטרייה היא קיומם של חלקיקים הידועים בשם WIMP‏ (***W**eakly **I**nteracting **M**assive **P**articles*) - חלקיקים חלשי תגובה מסיביים), למשל חלקיקי נייטרילנו המגיבים בצורה חלשה מאוד עם החומר. אלה מועמדים אפשריים בתור החומר האפל.

הוכחה ניסויית
-------------

חיפושים ניסיוניים אחר חלקיקים סופר-סימטריים כשלו עד כה, ואין אף הוכחה ניסויית שסופר-סימטרייה אכן קיימת במציאות. שיקולים תאורטיים מתמטיים רומזים שסופר-סימטרייה עשויה להמצא באנרגיות שאינן גבוהות בהרבה מאלה אותן ניתן להשיג במאיצי חלקיקים. החיפוש אחר סופר-סימטרייה הוא אחד המטרות העיקריות של מאיץ LHC שבמעבדות CERN שהחל לעבוד בספטמבר 2008, ואמור לייצר חלקיקים בעלי מסה קרובה למסה שצופות תאוריות על-סימטרייה מסוימות. המאיץ טרם הצליח למצוא עדויות לקיום תיאורית הסופר-סימטרייה, ולכן למרות שהתאוריה כנראה איננה נכונה בצורתה הפשוטה לא ניתן לשלול עדיין את כל ההיבטים שלה.

מכניקת קוונטים על-סימטרית
-------------------------

הבנת ההשלכות של סופר-סימטרייה מבחינה מתמטית היא דבר מסובך, ופיתוח תאוריות שיסבירו את שבירת הסימטרייה, כלומר, החוסר הנראה לעין של שותפי-על בעלי מסה שווה הוא דבר קשה באותה מידה. כדי להתקדם בבעיות אלו, פיתחו הפיזיקאים *מכניקת קוונטים על-סימטרית*, יישום של האלגברה של סימטריית העל במכניקת הקוונטים כנגד תורת השדות הקוונטיים. הייתה תקוה שחקר השלכות של סימטריית-העל בהסדר פשוט יותר זה יוביל להבנות חדשות; מאמץ זה יצר אזורי מחקר חדשים במכניקת הקוונטים עצמה.

שותפי-על
--------

מודל סטנדרטי מינימלי של סופר-סימטרייה (MSSM) מחייב ארבעה שדות מרוכבים של בוזון היגס - שניים טעונים ושניים נייטרליים, כלומר הוא מחייב הרחבה גם של תמונת חלקיקי המודל הסטנדרטי, ולא רק מוסיף חלקיקים חדשים (שותפי-העל). פעולת המנגנון של שבירת סימטרייה ספונטנית על שדות היגס אלו נותן בסופו של דבר חמישה חלקיקי היגס (ספין 0) שיכולים להתקיים בטבע, מהם שלושה נייטרליים, אחד בעל מטען חיובי והאחרון בעל מטען שלילי. תכונה ייחודית של סופר-סימטרייה היא ששותפי-העל אינם בעלי אותו ספין, כך שהשותפים של פרמיונים הם בוזונים, ולהפך. שותפי-על טרם התגלו בניסוי.

שותפי-העל במסגרת ה-MSSM הם:

* בוזונים:
	+ הסלפטונים - שותפי-העל של הלפטונים.
	+ הסקווארקים - שותפי-העל של הקווארקים.

* פרמיונים:
	+ שותפי-העל של בוזוני הכיול נקראים גאוג'ינים. ברמה הבסיסית (לפני ערבוב מצבים קוונטיים) מקבלים:
		- 8 חלקיקי גלואינו (ספין 1/2) - שותפי-העל של שמונת הגלואונים.
		- גרביטינו (ספין 3/2) - שותף-העל של הגרביטון.
		- 3 חלקיקי ווינו (ספין 1/2) - שותפי-העל של שלושת שדות בוזוני W (שניים טעונים ואחד נייטרלי).
		- בינו (ספין 1/2) - שותף-העל של שדה בוזון B.
	+ 4 חלקיקי היגסינו (ספין 1/2) - שותפי-העל של ארבעת השדות של בוזון היגס.

* + במודל הסטנדרטי בוזון Z ופוטון מתוארים כערבוב של בוזון W נייטרלי ובוזון B. באופן דומה, אם סופר-סימטרייה הייתה סימטרייה מדויקת, היינו מקבלים את הזינו והפוטינו כערבוב של הווינו הנייטרלי עם הבינו. היות שסופר-סימטרייה היא סימטרייה שבורה, הפרמיונים הבאים הם חלקיקים חדשים שצפויים להתקיים בטבע (בהנחה שהתאוריה נכונה):
		- 2 חלקיקי ההיגסינו הנייטרלים מתערבבים עם הבינו והווינו הנייטרלי לקבלת ארבעה חלקיקי נייטרלינו (ספין 1/2). הנייטרלינו הפחות מסיבי ביניהם הוא מועמד להרכיב את החומר האפל ביקום.
		- 2 חלקיקי ההיגסינו הטעונים מתערבבים עם 2 חלקיקי הווינו הטעונים ונותנים 4 חלקיקי צ'רג'ינו (ספין 1/2) - שניים נושאים מטען חיובי ושניים נושאים מטען שלילי.
		- 8 חלקיקי גלואינו (ספין 1/2).
		- גרביטינו (ספין 3/2).

ראו גם
------

* תורת המיתרים
* בוזון גולדסטון

קישורים חיצוניים
----------------

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא **סופר-סימטריה** בוויקישיתוף
* סופר-סימטריה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
* סופר-סימטריה, דף שער בספרייה הלאומית

הערות שוליים
------------

1. ↑  סִימֶטְרִיַּת־עָל במילון פיזיקה מודרנית (תשנ"ג), באתר האקדמיה ללשון העברית

|  |  |
| --- | --- |
| בקרת זהויות עריכת הנתון בוויקינתונים | 
* NLI: 987007551029205171
* BnF: cb11976444g (data)
* LCCN: sh85130665
* NKC: ph126279

 |