Supersymétrie

Supersymétrie (SUSY) est une symétrie de la nature proposée qui associe chaque fermions (une particule de matière à spin demi-entier) avec un boson (une particule de type force à spin entier), et vice versa. Il s’agit de l’extension du modèle standard la plus étudiée, intéressante car une seule idée permettrait de résoudre simultanément plusieurs des énigmes les plus profondes du modèle. Malgré des décennies de recherches, aucun superpartenaire n’a encore été trouvé.

Superpartenaires

SUSY double la teneur en particules. Chaque fermion gagne un partenaire bosonique nommé avec un préfixe « s- » (l'électron → selectron, le quark → squark), et chaque boson gagne un partenaire fermionique nommé avec un suffixe « -ino » (le photon → photino, le gluon → gluino, le Higgs → Higgsino). Les partenaires diffèrent en rotation d'exactement ½. Si la symétrie était exacte, chaque superpartenaire aurait la même masse que son jumeau – ce qui est expérimentalement exclu, donc SUSY doit être spontanément brisé, poussant les superpartenaires vers des masses plus élevées, encore inobservées.

Le problème de la hiérarchie

La plus grande motivation de SUSY est problème de hiérarchie. Dans le modèle standard, les corrections quantiques de la masse du boson de Higgs sont énormes – la faisant monter naïvement vers l'échelle de Planck, environ 10¹⁷ fois plus lourd que sa valeur mesurée de 125 GeV. Rester léger nécessite une annulation extraordinaire et inexpliquée. La supersymétrie assure automatiquement cette annulation : la correction de chaque particule est annulée par une correction égale et opposée de son superpartenaire, car les bosons et les fermions entrent dans le calcul avec des signes opposés. Cette stabilisation naturelle est la raison pour laquelle SUSY a été, pendant des décennies, la voie privilégiée au-delà du Modèle Standard.

Matière noire et unification

SUSY offre deux bonus supplémentaires. Dans de nombreuses versions, le superpartenaire le plus léger — souvent le neutre - est stable, électriquement neutre et interagit faiblement, ce qui en fait un excellent candidat pour matière noire. Et lorsque les forces des forces électromagnétiques, faibles et fortes sont extrapolées à une énergie élevée, l’ajout de superpartenaires fait que les trois couplages se rencontrent presque exactement en un point, faisant allusion à une grande unification que le modèle standard à lui seul manque de peu.

Le statut expérimental

Le Large Hadron Collider a recherché intensivement des superpartenaires et n’en a trouvé aucun, repoussant les limites de masse inférieures des squarks et des gluinos au-dessus d’environ 1 à 2 TeV. Ces résultats nuls mettent à rude épreuve l’argument du « naturel » : plus les superpartenaires doivent être lourds, moins ils résolvent efficacement le problème de hiérarchie. La supersymétrie n’est donc pas exclue – sa forme brisée permet une large gamme de masses – mais ses versions les plus simples et les plus naturelles sont désormais défavorisées, et le domaine débat activement pour savoir si l’idée survit sous une forme ou si elle doit être mise de côté.