Süpersimetri

Süper simetri, parçacık fiziğinde uzay-zaman
simetrisinin karşılığıdır. Bu  iki temel parçacıktan oluşur.
Açısal momentumu olan bozonlar ve yarı değerli
açısal momentumu olan fermiyonlar. Bir gruptaki her parçacık bir diğeriyle ilgilidir. Bu parçacıklara süper partnerler denir. Açısal momentumları arasında yarı değer kadar fark bulunur. Bozulmamış süper simetri teorisine göre, her bir süper partner çifti aynı kütle ve iç kuantum numarasına sahiptir. Henüz hiç
süper partner çiftine rastlanmadığı için süper simetri sürekli bozuluyor olmalı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın süper simetri bulamaması bazı fizikçileri teoriyi terk etmeye yöneltti. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'yla yapılan deneyler nadiren parçacık bozulması olduğunu göstermiştir. Bu nedenle süper simetriye üzerinde bir kuşku oluşmuştur. Süper simetrinin en büyük zaafı yanlışlanabilir
olmamasıdır. Çünkü bozulma mekanizması ve minimum kütle bilinmemektedir. Minimum kütle simetriyi bozmadan keyfi olarak büyük değerlere kadar arttırılabilir.
Süper simetri klasik ve kuantum fiziği
arasında oluşturduğu simetriden dolayı bugün bildiğimiz hiçbir simetriye benzemez. Aynı kuantum seviyesinde herhangi bir sayıda bozon bulunabilirken,
fermiyonlar için bu durum bir kuantum seviyesinde sadece bir fermiyona izin
veren “Pauli dışarılama ilkesi ” prensibinden dolayı imkânsızdır. Ama seviyedeki parçacık sayısı yükseldikçe kuantum fiziği klasik fiziğe yaklaşır .Bu da demek
oluyor ki, bozonlar klasik fizikte yer alırken, fermiyonlar yer almazlar. Bu da
bozonların, fermiyonlar gibi aynı kuantum numaralarını sahip olmalarını zorlaştırıyor. Süper simetrinin varlığı sadece dolaylı bir kanıtla desteklenir. Bu
kanıt, Gauge-Coupling birleşmesi olarak bilinir. Fakat bu sadece elektrozayıf ve güçlü etkileşimler için geçerlidir ve
çekimi değiştirmediği için en yüksek birleşmeyi sağlamaz.
Süper
simetri aynı zamanda birkaç diğer teorik problemlerin çözümlerine olanak sağladı. Genel olarak istenilen birçok matematiksel özelliklerin sağlanması ve
yüksek enerjilerde hassas davranışları garantiye almak. Süper simetrik kuantum
alan teoremi genelde analiz etmek için çok daha kolay olmasına rağmen, birçok
problemi de kesinlikle çözülebilir hale getirmiştir. Süper simetri, yerel simetri
olarak dayatıldığında Einstein'ın izafiyet teorisi otomatik olarak eklenir ve
bu teorinin sonucu olarak süper çekim teorisi bulunur. Ayrıca her şeyin teorisi
ve süper bağ teorisinin de vekilidir.
Süper
simetriye genel bir motivasyon olarak elektronvolt skalası standart modeldeki hiyerarşi probleminin çözümüdür. Ekstra süper simetrik tanecikler olmadan Higgs
bozonunun kütlesi kuantum doğrulamalarına bağlıdır. Bu kütle çok büyük olup genellikle Planck kütlesi dışında ince ayarlamalarla olağanüstü küçük bir
sayıya ulaştırılır.
Diğer bir yandan süper simetrik teoride bu kuantum doğrulamaları süper simetri bozulma skalasından yukarıda olan süper partnerler tarafından iptal edilir. Bu da yeni karakteristik doğal Higgs kütle skalasını oluşturur. Elektronvolt skalası süper
simetrisi'nin diğer cazip özellikleri ise bazen termal kalıntı bolluk hesaplamaları ile tutarlı bir kütle skalasında bir aday karanlık madde parçacığı üretir, yüksek enerjili zayıf, güçlü ve elektromanyetik birleşmeleri kesin bir şekilde tespit
eden elektrozayıf simetri bozulması için doğal bir mekanizma üretir. Bu nedenle,
1 elektronvolttan çok yüksek olmayan kütleye sahip süper simetrik partnerlerin bulunduğu durumlarda bu partnerler
teoremciler tarafından en çok uyarılmış kabul edilir. Bu durumlar süper
partnerlerin deneysel kopyaları Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yüksek enerjili
çarpışmalarda kullanılmalıdır. Eylül 2011'de süper partnerleri ortaya çıkaracak olan önemli bir ilk adımda süper
partnerlerden hiçbir iz görülmemiştir. Standart model'deki süper simetrik yapının parametreler uzayı çok çeşitlidir ve bu sebeple Büyük Hadron
Çarpıştırıcısı'nda varlığı inkâr edilemez.
Süper
simetrinin bir diğer teorik özelliği de Coleman-Mandula teoreminin tek açığı
gösterir. Bu teorem uzay-zaman ve iç simetrilerin karışmasına ve çok genel
varsayımlar altında standart model gibi kuantum alan teorisine engel
olur. Haag-Lopuszanski-Sohnius teoremi süper simetrinin uzay-zaman ve iç simetrinin karışmasına olanak sağlayan tek yol olduğunu açıklar.