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oltre
la teoria standard
"Da
dove proviene l'ordine e la bellezza
che
vediamo nel mondo?"
(I.
Newton)
la
supersimmetria
Un
altro programma teorico con molti aspetti interessanti è chiamato
supersimmetria e potrebbe costituire un'alternativa al semplice meccanismo di
Higgs per spiegare l'origine della massa. In un mondo supersimmetrico ogni
particella, compreso il bosone di Higgs, ha un partner identico in tutto e per
tutto, eccettuato nello spin. In questo mondo, a ogni fermione comune
corrisponde un bosone supersimmetrico privo di spin; per esempio, l'elettrone e
il quark, entrambi con spin 1/2, hanno come partner a spin nullo rispettivamente
il selettrone e lo squark. Inoltre, a ogni bosone comune corrisponde un fermione
supersimmetrico con spin 1/2; per esempio, il partner supersimmetrico del fotone
con spin 1 è il fotino con spin 1/2, quello del gluone con spin 1 è il gluino
con spin 1/2 e quello del bosone di Higgs con spin nullo è l'higgsino con spin
1/2.
Per ogni particella ordinaria
esisterebbe una particella con spin che
differisce di ±1/2. Ai fermioni
ordinari, con spin semi-intero (pari
cioè ad 1/2, 3/2,…) corrispondono quindi
bosoni supersimmetrici con spin intero
(pari cioè ad 0, 1, 2,…), mentre ai
bosoni ordinari corrispondono fermioni
supersimmetrici.
Nello schema sono rappresentati, a
sinistra, i costituenti della materia
ordinaria (quark e leptoni), i
mediatori delle interazioni forti
(gluoni), elettromagnetiche (fotoni),
deboli (W e Z) e gravitazionali
(gravitoni) e la particella di Higgs,
responsabile della massa di tutte le
particelle. A destra, sono raffigurati i
corrispondenti partner supersimmetrici:
queste particelle non sono ancora state
osservate sperimentalmente e si ritiene
abbiano massa più elevata rispetto alle
particelle standard.
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Se
le particelle supersimmetriche esistessero in natura come copie esatte delle
loro controparti, fatta eccezione per lo spin, la maggior parte di esse si
sarebbe già dovuta osservare in abbondanza. Nonostante le numerose ricerche
eseguite, però, non si è trovata alcuna traccia dei partner supersimmetrici.
Si potrebbe perciò supporre che l'interesse per la supersimmetria stia
scemando, mentre, in realtà, esso persiste per vari motivi. Uno di questi
motivi è che l'esistenza dei partner supersimmetrici risolverebbe il problema
delle sensibilità matematiche nell'espressione teorica della massa del bosone
di Higgs. Un secondo motivo per non abbandonare la supersimmetria è che essa
potrebbe essere, nel nostro mondo, una simmetria rotta, allo stesso modo della
simmetria elettrodebole. Una supersimmetria rotta potrebbe dare origine a
particelle supersimmetriche che sono notevolmente più pesanti dei loro partner
comuni.
Nessuno
sa esattamente quale sia la sensibilità della massa alla rottura della
simmetria. Per esempio, si sa già sperimentalmente che la massa del selettrone,
se esiste, deve essere almeno 40 000 volte maggiore di quella dell'elettrone.
Questo rapporto implica che la supersimmetria debba rompersi
"violentemente"? Nessuno lo sa. Ciò che si sa è che, se la
supersimmetria risultasse vera, anch'essa, come la teoria del technicolor,
introdurrebbe un nuovo mondo di particelle, la maggior parte delle quali
dovrebbe essere molto pesante; se così non fosse, le particelle sarebbero già
state rivelate. Per trovarle saranno indubbiamente indispensabili, invece, nuovi
potenti acceleratori.
C'è
un terzo motivo più generale per non abbandonare la supersimmetria, o qualsiasi
altra teoria, quale quella del technicolor, che abbia qualche probabilità di
spiegare i misteri della rottura della simmetria elettrodebole e l'origine della
massa. Indipendentemente dal fatto che il bosone di Higgs sia una particella
composta o elementare, che esso sia o no compreso in una famiglia di particelle
supersimmetriche o che esiste o non esista affatto, un principio generale della
meccanica quantistica assicura che, a energie di circa 1 TeV, nuovi fenomeni
fisici profondamente correlati all'origine della massa dovrebbero cominciare a
manifestarsi. Questi fenomeni devono manifestarsi perché, se il modello
standard esistente viene estrapolato senza correzioni a tale intervallo
energetico, le probabilità calcolate dalla teoria per certe interazioni
diventano maggiori di 1. Dal momento che nessuna reale probabilità può essere
maggiore di 1, la teoria, nella forma attuale, non è completa.
Poichè
non si conosce la corretta estensione teorica del modello standard alle
altissime energie, non si può descrivere l'esatta natura dei nuovi fenomeni
fisici. Se il bosone di Higgs è pesante, una possibilità è che l'interazione
elettrodebole diventi forte. Invece, se esso risulta leggero, la sua piccola
massa potrebbe essere bene giustificata con la supersimmetria. In questo caso,
nell'intervallo energetico di qualche TeV vi sarebbe abbondanza di partner
supersimmetrici di particelle note. La capacità di esplorare quell'intervallo
energetico costituisce quindi un obiettivo estremamente importante per la
conoscenza fondamentale della materia.
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a cura di Pio Passalacqua
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oltre
la teoria standard
Supersimmetria in
fisica delle particelle e cosmologia di N.Fornengo ppt
Supersimmetria
di Sergio Ferrara
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