סופר-סימטריה – הבדלי גרסאות

אין תקציר עריכה
אין תקציר עריכה
אין תקציר עריכה
תגית: שוחזרה
'''סוּפֶּר־סִימֶטְרִיָּה''' או '''סִימֶטְרִיַּת-עָל''' (ב[[אנגלית]]: '''Supersymmetry''' ובקיצור '''SUSY''') היא [[תאוריה]] ב[[פיזיקת חלקיקים]], הטוענת שיש בטבע [[סימטריה]] הקשורה ל[[בוזון|בוזונים]] (חלקיקים נושאי כוח) ול[[פרמיון|פרמיונים]] (חלקיקי חומר). בתאוריות של סופר־סימטריה, לכל פרמיון של [[המודל הסטנדרטי]] יש [[שותף־על]] בוזוני ולכל בוזון של המודל הסטנדרטי יש שותף־על פרמיוני. על אף שסופר־סימטריה מעולם לא נצפתה בניסוי, היא מהווה מרכיב במספר תאוריות [[פיזיקה|פיזיקליות]], ובין אלה נכללות גם תאוריות הקשורות בהרחבת המודל הסטנדרטי כמו גם תאוריות חדשות של [[תורת המיתרים]]. בשנת 2018 נמצאה ראיה באנטארקטיקה שייתכן מעידהשמעידה על חלקיקים סופר-סימטרייםסופר־סימטריים.<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.sott.net/article/397367-Mystery-particle-Impossible-cosmic-rays-are-shooting-out-of-Antartica|כותרת=Mystery particle: Impossible cosmic rays are shooting out of Antarctica}}</ref>
 
==המודל הסטנדרטי==
{{הפניה לערך 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 ה[[אלקטרון]], ששותף לשלשה כזו עם ה[[מיואון]] וה[[טאו (חלקיק)|טאו]]. 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 ה[[קווארק]]ים 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: ה[[פוטון]], 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־סימטריה==
השערת הסופר־סימטריה גורסת, כי לכל חלקיק בטבע ישנו בן-זוג הזהה לו בכל המטענים שלו, בעל אותה המסה, אך בעל [[ספין]] שונה ב-1/2. סופר־סימטריה לא קיימת בטבע באנרגיות נמוכות ולכן ההשערה היא שהסימטריה שבורה. כתוצאה מכך, לבני הזוג הסופר־סימטריים מסה שונה מהחלקיקים של המודל הסטנדרטי. בני-הזוג הסופר־סימטריים הללו נקראים [[שותף-על|שותפי־על]] (superpartners). שותפי־העל כבדים במספר סדרי גודל מבני-הזוג ה"סטנדרטיים" שלהם, ולכן עד כה לא נצפו ב[[מאיץ חלקיקים|מאיצי החלקיקים]] הקיימים (ר' להלן).
 
כפי שזה נראה כעת, אף חלקיק מהמודל הסטנדרטי לא יכול להיות שותף־על של חלקיק אחר, כך שאם סופר־סימטריה נכונה, חייבים להימצא עוד חלקיקים רבים שעדיין לא נתגלו, בערך כמספר החלקיקים ב[[המודל הסטנדרטי|מודל 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 [[בוזוני W ו-Z|החלקיק W]]), [[גאוג'ינו|זינו]] (השותף של [[בוזוני W ו-Z|החלקיק Z]]), [[פוטינו]], [[גלואינו]] וכדומה.
 
אפשרות אחת בכמה מודלים של סופר־סימטריה היא קיומם של חלקיקים הידועים בשם [[WIMP]]{{כ}} ('''''W'''eakly '''I'''nteracting '''M'''assive '''P'''articles'') – חלקיקים חלשי תגובה מסיביים), למשל חלקיקי [[נייטרלינו|נייטרילנו]] המגיבים בצורה חלשה מאוד עם החומר. אלה מועמדים אפשריים בתור [[החומר האפל]].
הבנת ההשלכות של סופר־סימטריה מבחינה מתמטית היא דבר מסובך, ופיתוח תאוריות שיסבירו את שבירת הסימטריה, 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 ה[[אלגברה של סימטריית העל]] ב[[מכניקת הקוונטים]] כנגד [[תורת שדות קוונטית|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־סימטריה]] (MSSM) מחייב ארבעה שדות [[מספר מרוכב|מרוכבים]] של [[בוזון היגס]] – שניים [[מטען חשמלי|טעונים]] ושניים נייטרליים, כלומר הוא מחייב הרחבה גם של תמונת חלקיקי [[המודל הסטנדרטי]], ולא רק מוסיף חלקיקים חדשים (שותפי־העל). פעולת המנגנון של [[שבירת סימטריה 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־סימטריה 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:
::ה[[סלפטון|סלפטונים]] – שותפי־העל של ה[[לפטון|לפטונים]].
::ה[[סקווארק|סקווארקים]] – שותפי־העל של ה[[קווארק|קווארקים]].
 
:פרמיונים:
::שותפי־העל של [[בוזון כיול|בוזוני הכיול]] נקראים [[גאוג'ינו|גאוג'ינים]]. ברמה הבסיסית (לפני ערבוב מצבים קוונטיים) מקבלים:
 
היות שסופר־סימטריה היא סימטריה 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 לטיגון לביבות ב[[היקום|יקום]].
: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.
משתמש אלמוני