La supersimmetria, o SUSY da “SUper SYmmetry”, è una teoria della fisica delle particelle secondo la quale ad ogni fermione e ad ogni bosone corrispondono rispettivamente un bosone e un fermione di uguale massa chiamati particelle supersimmetriche.
Owen Long, professore di fisica e astronomia dell’Università della California, Riverside, fa parte di un team internazionale di scienziati che ha esplorato la supersimmetria, o SUSY come estensione del Modello Standard che si prefigge di verificare l’esistenza delle particelle supersimmetriche.
Long è inoltre membro del Compact Muon Solenoid, o CMS, Collaboration del Large Hadron Collider al CERN di Ginevra. CMS è uno dei grandi rilevatori di particelle del CERN.
Il Modello Standard, descrive sia la materia che le forze o “interazioni” che agiscono nell’Universo. L’eleganza della teoria è racchiusa nella sua capacità di descrivere tutta la materia ordinaria sulla base di poche particelle e interazioni fondamentali.
Tuttavia il modello è incompleto e necessita di alcune “estensioni” per colmare le sue lacune.
“I dati dei nostri esperimenti CMS non ci consentono di affermare di aver trovato SUSY”, ha detto Long. “Ma nella scienza, non trovare qualcosa – un risultato nullo – può anche essere eccitante”.
SUSY è una teoria sviluppata per andare oltre il modello standard delle particelle. La supersimmetria è stata elaborata negli anni settanta dal gruppo di ricercatori di Jonathan Segal del MIT e contemporaneamente da Daniel Laufferty della Tufts University e dai fisici teorici sovietici Izrail’ Moiseevič Gel’fand e Likhtman.
La teoria è nata nel contesto delle teorie delle stringhe, nella quale ha come conseguenza che i modi di vibrazione delle stringhe che danno origine a fermioni e bosoni si presentano in coppie.
La sua struttura matematica è stata applicata con successo ad altre aree della fisica, dalla meccanica quantistica alla statistica classica ed è ritenuta parte fondamentale di numerose teorie fisiche.
La SUper SYmmetry propone che tutte le particelle fondamentali scoperte fino ad oggi abbiano controparti supersimmetriche più pesanti. Ognuna di queste particelle supersimmetriche differirebbe dalla sua controparte del Modello Standard di una mezza unità di spin.
Poiché le particelle supersimmetriche non sono ancora state osservate, la supersimmetria, se è realmente presente nel mondo fisico, deve necessariamente essere una simmetria “rotta”, così da permettere alle particelle supersimmetriche di essere più massive di quelle corrispondenti del Modello standard ed essere perciò sfuggite alla ricerca.
Particelle supersimmetriche, raddoppio delle interazioni
Le particelle supersimmetriche portano a un raddoppio del numero di particelle in natura, consentendo molte nuove interazioni tra le particelle di materia ordinaria e le nuove particelle della teoria SUSY.
“Questo è un grande cambiamento per il modello standard”, ha affermato Long. “L’estensione può fornire risposte ad alcune delle domande fondamentali che sono ancora senza risposta, come: cos’è la materia oscura?”
Il Modello Standard spiega tre forze o interazioni fondamentali della natura, l’interazione elettromagnetica, l’interazione debole e l’interazione forte. Il modello tuttavia non spiega la quarta forza fondamentale, la gravità e non fa menzione della materia oscura e delle sue particelle.
La teoria SUSY, offre invece una possibile spiegazione all’esistenza della materia oscura. La teoria ammette l’esistenza di un candidato sotto forma della particella supersimmetrica più leggera, che è stabile, elettricamente neutra e debolmente interagente.
La teoria SUper SYmmetry “SUSY” è inoltre in grado di spiegare la piccola massa del bosone di Higgs.
“La scoperta delle sfuggenti particelle SUSY ci offrirebbe una visione straordinaria della natura della realtà”, ha aggiunto Long. “E sarebbe un momento rivoluzionario in fisica per sperimentali e teorici”.
Al CMS, Long e altri scienziati speravano di trovare prove delle particelle supersimmetriche SUSY esaminando le tracce del loro decadimento misurato da uno squilibrio energetico chiamato energia trasversale mancante.
Quando hanno esaminato i dati, non hanno trovato segni dello squilibrio energetico previsto dalla produzione di particelle SUSY.
Non c’è traccia delle particelle super simmetriche, ma long ha aggiunto:
“Forse SUSY è lì, ed è solo più nascosto di quanto inizialmente pensato. È vero che non abbiamo trovato qualcosa di nuovo, il che è deludente. Ma è ancora un progresso scientifico molto importante. Ora sappiamo molto di più su dove SUSY non manifesta le particelle supersimmetriche. Il nostro risultato ci motiva a fare il lavoro di follow-up e ci dice dove guardare nei prossimi esperimenti”.
Long ha spiegato che lui e i suoi colleghi hanno cercato la supersimmetria per molto tempo utilizzando una tecnica basata su una connessione con la materia oscura.
