Supersimmetria

Supersimmetria (SUSY) è una proposta di simmetria della natura che accoppia ogni fermione (una particella materiale con spin semiintero) con un bosone (una particella di tipo forza con spin intero) e viceversa. È l'estensione più studiata del Modello Standard, attraente perché una singola idea risolverebbe contemporaneamente molti degli enigmi più profondi del modello. Nonostante decenni di ricerche, non è stato ancora trovato alcun superpartner.

Superpartner

SUSY raddoppia il contenuto di particelle. Ogni fermione ottiene un partner bosonico denominato con un prefisso "s-" (l'elettrone → selectron, il quark → squark), e ogni bosone ottiene un partner fermionico denominato con un suffisso "-ino" (il fotone → photino, il gluone → gluino, l'Higgs → Higgsino). I partner differiscono nello spin esattamente di ½. Se la simmetria fosse esatta, ciascun superpartner avrebbe la stessa massa del suo gemello, il che è escluso sperimentalmente, quindi SUSY deve essere rotto spontaneamente, spingendo i superpartner verso masse più elevate, ancora inosservate.

Il problema della gerarchia

La motivazione più forte di SUSY è il problema della gerarchia. Nel Modello Standard, le correzioni quantistiche alla massa del bosone di Higgs sono enormi e lo portano ingenuamente verso la scala di Planck, circa 10¹⁷ volte più pesante del suo valore misurato di 125 GeV. Mantenerlo leggero richiede una cancellazione straordinaria, inspiegabile. La supersimmetria fornisce questa cancellazione automaticamente: la correzione di ciascuna particella viene cancellata da una correzione uguale e contraria del suo superpartner, perché bosoni e fermioni entrano nel calcolo con segni opposti. Questa stabilizzazione naturale è il motivo per cui SUSY è stata, per decenni, la via privilegiata oltre il Modello Standard.

Materia oscura e unificazione

SUSY offre due ulteriori bonus. In molte versioni il superpartner più leggero, spesso il neutralino — è stabile, elettricamente neutro e interagisce debolmente, il che lo rende un eccellente candidato per materia oscura. E quando le forze delle forze elettromagnetica, debole e forte vengono estrapolate all’alta energia, l’aggiunta di superpartner fa sì che i tre accoppiamenti si incontrino quasi esattamente in un punto, suggerendo una grande unificazione che solo il Modello Standard manca di poco.

Lo stato sperimentale

Il Large Hadron Collider ha cercato intensamente superpartner senza trovarne nessuno, spingendo i limiti di massa inferiori su squark e gluino sopra circa 1-2 TeV. Questi risultati nulli mettono a dura prova l’argomento della “naturalezza”: più pesanti devono essere i superpartner, meno efficacemente risolvono il problema della gerarchia. La supersimmetria non è quindi esclusa – la sua forma spezzata consente un’ampia gamma di masse – ma le sue versioni più semplici e naturali sono ora sfavorite, e il campo sta discutendo attivamente se l’idea sopravvive in qualche forma o debba essere accantonata.