סופר-סימטריה – הבדלי גרסאות

מ
שוחזר מעריכות של 185.3.145.31 (שיחה) לעריכה האחרונה של 79.79.153.84
אין תקציר עריכה
תגית: שוחזרה
מ (שוחזר מעריכות של 185.3.145.31 (שיחה) לעריכה האחרונה של 79.79.153.84)
'''סוּפֶּר־סִימֶטְרִיָּהסוּפֶּר-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־סימטריהסופר-סימטריה, לכל פרמיון של [[המודל הסטנדרטי]] יש [[שותף־עלשותף-על]] בוזוני ולכל בוזון של המודל הסטנדרטי יש שותף־עלשותף-על פרמיוני. על אף שסופר־סימטריהשסופר-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]]. בשנתבאנגלית, 2018בה נמצאההמילה ראיהסימטריית-על באנטארקטיקההיא שייתכן''Supersymmetry'', שמעידהנהוג עללהשתמש חלקיקיםבמונח סופר־סימטריים''SUSY'' במקום המילה המלאה.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=[https://www.sott.net/article/397367-Mystery-particle-Impossible-cosmic-rays-are-shooting-out-of-Antartica|כותרת=Mystery particle:בשנת Impossible2018 cosmicנמצאה raysראיה areבאנטארקטיקה shootingשייתכן outמעידה ofעל Antarctica}}}}חלקיקים סופר-סימטריים].
 
==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==
==סופר־סימטריה==
השערת הסופר־סימטריההסופר-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־סימטריהסופר-סימטריה לא קיימת בטבע באנרגיות נמוכות ולכן ההשערה היא שהסימטריה שבורה. כתוצאה מכך, לבני הזוג הסופר־סימטרייםהסופר-סימטריים מסה שונה מהחלקיקים של המודל הסטנדרטי. בני-הזוג הסופר־סימטרייםהסופר-סימטריים הללו נקראים [[שותף-על|שותפי־עלשותפי-על]] (superpartners). שותפי־העלשותפי-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־עלשותף-על של חלקיק אחר, כך שאם סופר־סימטריהסופר-סימטריה נכונה, חייבים להימצא עוד חלקיקים רבים שעדיין לא נתגלו, בערך כמספר החלקיקים ב[[המודל הסטנדרטי|מודל הסטנדרטי]].
 
===[[מינוח]]===
שותפי־עלשותפי-על של פרמיונים נקראים כמו הפרמיונים בתוספת האות S בהתחלה: סלקטרון, [[סקווארק]], סנייטרינו וכדומה. שותפי־עלשותפי-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־סימטריהסופר-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]].
 
==הוכחה ניסויית==
חיפושים ניסיוניים אחר חלקיקים סופר־סימטרייםסופר-סימטריים כשלו עד כה, ואין אף הוכחה ניסויית שסופר־סימטריהשסופר-סימטריה אכן קיימת במציאות. שיקולים תאורטיים מתמטיים רומזים שסופר־סימטריהשסופר-סימטריה עשויה להמצא באנרגיות שאינן גבוהות בהרבה מאלה אותן ניתן להשיג ב[[מאיץ חלקיקים|מאיצי חלקיקים]]. החיפוש אחר סופר־סימטריהסופר-סימטריה הוא אחד המטרות העיקריות של [[מאיץ LHC]] שבמעבדות [[CERN]] שהחל לעבוד בספטמבר 2008, ואמור לייצר חלקיקים בעלי מסה קרובה למסה שצופות תאוריות על-סימטריה מסוימות. המאיץ טרם הצליח למצוא עדויות לקיום תיאורית הסופר־סימטריההסופר-סימטריה, ולכן למרות שהתאוריה כנראה איננה נכונה בצורתה הפשוטה לא ניתן לשלול עדיין את כל ההיבטים שלה.
 
==מכניקת קוונטים על-סימטרית==
הבנת ההשלכות של סופר־סימטריהסופר-סימטריה מבחינה מתמטית היא דבר מסובך, ופיתוח תאוריות שיסבירו את שבירת הסימטריה, כלומר, החוסר הנראה לעין של שותפי־עלשותפי-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־העלסימטריית-העל בהסדר פשוט יותר זה יוביל להבנות חדשות; מאמץ זה יצר אזורי מחקר חדשים במכניקת הקוונטים עצמה.
 
==שותפי-על==
==שותפי־על==
[[מודל סטנדרטי מינימלי של סופר־סימטריהסופר-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־העלשותפי-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־סימטריהסופר-סימטריה היא ששותפי־העלששותפי-העל אינם בעלי אותו [[ספין]], כך שהשותפים של פרמיונים הם בוזונים, ולהפך. שותפי־עלשותפי-על טרם התגלו בניסוי.
 
שותפי־העלשותפי-העל במסגרת ה־MSSMה-MSSM הם:
:*בוזונים:
::**ה[[סלפטון|סלפטונים]] - שותפי־העלשותפי-העל של ה[[לפטון|לפטונים]].
::**ה[[סקווארק|סקווארקים]] - שותפי־העלשותפי-העל של ה[[קווארק|קווארקים]].
:*פרמיונים:
::שותפי־העל**שותפי-העל של [[בוזון כיול|בוזוני הכיול]] נקראים [[גאוג'ינו|גאוג'ינים]]. ברמה הבסיסית (לפני ערבוב מצבים קוונטיים) מקבלים:
:::***8 חלקיקי [[גלואינו]] (ספין 1/2) - שותפי־העלשותפי-העל של שמונת ה[[גלואון|גלואונים]].
:::***[[גרביטינו]] (ספין 3/2) - שותף־העלשותף-העל של ה[[גרביטון]].
:::***3 חלקיקי [[ווינו]] (ספין 1/2) - שותפי־העלשותפי-העל של שלושת שדות [[בוזוני W ו-Z|בוזוני W]] (שניים טעונים ואחד נייטרלי).
:::***בינו (ספין 1/2) - שותף־העלשותף-העל של שדה בוזון B.
:::**4 חלקיקי [[היגסינו]] (ספין 1/2) - שותפי־העלשותפי-העל של ארבעת השדות של [[בוזון היגס]].
 
**במודל הסטנדרטי בוזון Z ו[[פוטון]] מתוארים כערבוב של בוזון W נייטרלי ובוזון B. באופן דומה, אם סופר־סימטריהסופר-סימטריה הייתה סימטריה מדויקת, היינו מקבלים את ה[[גאוג'ינו|זינו]] וה[[פוטינו]] כערבוב של הווינו הנייטרלי עם הבינו. היות שסופר-סימטריה היא סימטריה שבורה, הפרמיונים הבאים הם חלקיקים חדשים שצפויים להתקיים בטבע (בהנחה שהתאוריה נכונה):
:בוזונים:
:***2 חלקיקי ההיגסינו הנייטרלים מתערבבים עם הבינו והווינו הנייטרלי לקבלת ארבעה חלקיקי [[נייטרלינו]] (ספין 1/2). הנייטרלינו הפחות מסיבי ביניהם הוא מועמד להרכיב את [[חומר אפל|החומר האפל]] ב[[היקום|יקום]].
::ה[[סלפטון|סלפטונים]] – שותפי־העל של ה[[לפטון|לפטונים]].
:***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.
::ה[[סקווארק|סקווארקים]] – שותפי־העל של ה[[קווארק|קווארקים]].
:***8 חלקיקי [[גלואינו]] (ספין 1/2).
 
:***[[גרביטינו]] (ספין 3/2).
:פרמיונים:
::שותפי־העל של [[בוזון כיול|בוזוני הכיול]] נקראים [[גאוג'ינו|גאוג'ינים]]. ברמה הבסיסית (לפני ערבוב מצבים קוונטיים) מקבלים:
:::[[גרביטינו]] (ספין 3/2) – שותף־העל של ה[[גרביטון]].
:::3 חלקיקי [[ווינו]] (ספין 1/2) – שותפי־העל של שלושת שדות [[בוזוני W ו-Z|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]].
:::8 חלקיקי [[גלואינו]] (ספין 1/2) – שותפי־העל של שמונת ה[[גלואון|גלואונים]].
 
במודל הסטנדרטי בוזון Z ו[[פוטון]] מתוארים כערבוב של בוזון W נייטרלי ובוזון B. באופן דומה, אם סופר־סימטריה הייתה סימטריה מדויקת, היינו מקבלים את ה[[גאוג'ינו|זינו]] וה[[פוטינו]] כערבוב של הווינו הנייטרלי עם הבינו.
 
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.
:8 חלקיקי [[גלואינו]] (ספין 1/2).
:[[גרביטינו]] (ספין 3/2).
 
==ראו גם==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{בריטניקה}}
 
==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}
 
[[קטגוריה:תורות פיזיקליות]]