סופר-סימטריה – הבדלי גרסאות

'''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-על]]שותף־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]]. באנגלית, בה המילה סימטריית-על היא ''Supersymmetry'', נהוג להשתמש במונח ''SUSY'' במקום המילה המלאה. [https://www.sott.net/article/397367-Mystery-particle-Impossible-cosmic-rays-are-shooting-out-of-Antartica בשנת 2018 נמצאה ראיה באנטארקטיקה שייתכן מעידה על חלקיקים סופר-סימטריים].

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.

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-על]]"שותפי־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]].

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]].

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-סימטריהעל־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-סימטריתעל־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''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.

[[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: