Hypotetisk partikkelkalender: 12. desember – Supersymmetri

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

Supersymmetri – once more, with feeling?

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

Vi er nå midtveis i adventstiden, og det er på tide med en skikkelig supersamlig av supre partikler. Hva er bedre enn én hypotetisk partikkel? To hypotetiske partikler så klart. Og hva er bedre enn to hypotetiske partikler? En hel ekstra standardmodell av hypotetiske partikler! Det er hva vi finner bak dagens luke – en ekstra partikkel for hver eneste partikkel vi alt har funnet, og så enda litt atpå.

Det finnes mange vitenskapelige bilder av supersymmetri. Ingen av dem forklarer egentlig hva det går ut på. Escher, derimot, hadde utmerket peiling.

Det finnes mange vitenskapelige bilder av supersymmetri. Ingen av dem forklarer egentlig hva det går ut på. Escher, derimot, hadde utmerket peiling.

Ideen kalles supersymmetri, SUSY blant venner, og er kanskje den typen hypotetiske partikler det letest mest aktivt etter i dag. I tillegg til å lete etter Higgspartikkelen var SUSY-leting en av de viktigste motivasjonene for å bygge LHC ved CERN.

Ideen bak SUSY er ganske parallell med antimaterie. Hver partikkel i standardmodellen har i dag sin partner – en antipartikkel. Elektronet har et positron, kvarker har sine antikvarker, og et proton – som er laget av kvarker – har et antiproton laget av antikvarker. På CERN har man til og med laget atomer av antihydrogen og antihelium. Antimaterie ble foreslått i 1928-1929 som et sett med hypotetiske partikler da man så at ligningene som man håpet skulle beskrive naturen forutsa noen ekstra løsninger. Siden hver løsning skulle tilsvare en partikkel gjettet man på at det fantes ekstra partikler der ute – og det gjorde det, viste det seg. Antimaterie er i dag godt etablert og brukt i både forskning og teknologi.

I dag har standardmodellen en del problemer og mangler som aller er klar over at vi må finne en løsning på. Tre av disse er:

  • Vi mangler en partikkel (eller flere) som kan utgjøre mørk materie
  • Vi ønsker at alle naturkreftene skal kunne slås sammen til en teori, men dette viser seg å ikke helt stemme i standardmodellen
  • Higgs-partikkelen må ikke være for tung, mens de fleste utvidelser vi kan tenke oss av standardmodellen faktisk forutsier at den må være tyngre enn det vi forventer (og nå antakelig har målt)

Supersymmetri er egentlig en helt enkel ide. Hva om det, for hver partikkel vi alt kjenner, finnes en til – en superpartner? I standardmodellen har vi partikler for stoff (kalt fermioner) og partikler for krefter (kalt bosoner) – i SUSY for hvert fermion en bosonpartner og hvert boson en fermionpartner.

Hvorfor i alle dager skulle man tro at det er sånn? Bortsett fra at det høres ut som en partikkelfysikers våte drøm, siden det vil gi nye partikler å oppdage de neste 100 årene minst?

En grunn er at å gjette på denne typen symmetrier har vært en veldig suksessrik strategi så langt – se bare ideen om antimaterie over.

En annen grunn er at vi kan vise at SUSY løser, eller ihvertfall hjelper på, alle de tre problemene vi nevnte. Riktig en kinderegg-teori med andre ord.

En tredje grunn er at siden det er så mange typer partikler i «SUSY» så slår man ganske mange fluer i en smekk ved å lete etter det. Lager du en maskin som kan oppdage alle disse, så er du også i stand til å oppdage en god grafs av de andre av de hypotetiske partiklene i denne kalenderen. Det er rett og slett en nyttig ting å forske på.

Dessverre ser det i dag ikke veldig lyst ut for SUSY. Dataene vi alt har samlet inn på LHC burde ha vist hint av de nye partiklene, ihvertfall dersom naturen har valgt en ikke alt for rar variant av SUSY. Se f.eks. denne relativt ferske artikkelen. Men samtidig har den fulle varianten av SUSY hele 105 fri parametre – 105 innstillinger vi kan gjøre for å tilpasse hvordan de hypotetiske partiklene ser ut – så «SUSY» er faktisk litt vanskelig å motbevise. Når vi sier at LHC «burde ha sett» hint av SUSY nå, så gjelder det mest den såkalte «minimale supersymmetriske modellen», den med færrest og enklest sammensetning av nye partikler. Antalle foreslåtte mulige SUSY-varianter er i dag omtrent dobbelt så stort som antallet teoretikere som jobber med SUSY…

Dette gjør den egentlig litt tvilsom som vitenskapelig teori, men ideen er såpass enkel og besnærende at vi lar det gå for nå. Likevel: Om ikke LHC snart avdekker hint, så er det kanskje på tide å endre fokus til andre mulige utvidelser av standardmodellen…

2 comments

  1. Tone M. Borchgrevink · desember 12, 2012

    Dette minner jo mest om Den Annen Verden, som ulike religioner (og Åndenes Makt- tilhengere) har forutsatt som en del av vår virkelighet. Nå begynner det tydelig å nærme seg jul. For å si det med salmen: «Velkommen fra din himmelsal til denne verdens tåredal». Den himmelske supersymmetri er nær.

  2. Tilbaketråkk: Ny partikkelsensasjon på vei – fra verdensrommet? | Kollokvium

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s