סופר-סימטריה – הבדלי גרסאות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
העברת שותפי על ממיון החלקיקים
שורה 24: שורה 24:


==מכניקת קוונטים על-סימטרית==
==מכניקת קוונטים על-סימטרית==
הבנת ההשלכות של סימטריית-העל מבחינה מתמטית היא דבר מסובך, ופיתוח תאוריות שיסבירו את שבירת הסימטריה, כלומר, החוסר הנראה לעין של שותפי-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 השדות הקוונטיים]]. הייתה תקוה שחקר השלכות של סימטריית-העל בהסדר פשוט יותר זה יוביל להבנות חדשות; מאמץ זה יצר אזורי מחקר חדשים במכניקת הקוונטים עצמה.
הבנת ההשלכות של סימטריית-העל מבחינה מתמטית היא דבר מסובך, ופיתוח תאוריות שיסבירו את שבירת הסימטריה, כלומר, החוסר הנראה לעין של שותפי-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-העל בהסדר פשוט יותר זה יוביל להבנות חדשות; מאמץ זה יצר אזורי מחקר חדשים במכניקת הקוונטים עצמה.

==שותפי-על==
[[מודל סטנדרטי מינימלי של סופר-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-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. שותפי-על טרם התגלו בניסוי.

שותפי-העל במסגרת ה-MSSM הם:
*בוזונים:
**ה[[סלפטון|סלפטונים]] - שותפי-העל של ה[[לפטון|לפטונים]].
**ה[[סקווארק|סקווארקים]] - שותפי-העל של ה[[קווארק|קווארקים]].
*פרמיונים:
**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-העל של שמונת ה[[גלואון|גלואונים]].
***[[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]].

**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[[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 להרכיב את [[חומר אפל|החומר האפל]] 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==
==ראו גם==
* [[בוזון גולדסטון]]
* [[מיון החלקיקים#שותפי-על|רשימת שותפי-על]]
* [[תורת המיתרים]]
* [[תורת המיתרים]]
* [[בוזון גולדסטון]]


[[קטגוריה:תורות פיזיקליות]]
[[קטגוריה:תורות פיזיקליות]]

גרסה מ־11:56, 24 בנובמבר 2009

סופר-סימטריה או סימטריית-על (באנגלית: Supersymmetry) היא תאוריה בפיזיקת חלקיקים, הטוענת שיש בטבע סימטריה הקשורה לבוזונים ולפרמיונים. בתאוריות של סופר-סימטריה, לכל פרמיון של המודל הסטנדרטי יש שותף-על (superpartner) בוזוני ולכל בוזון של המודל הסטנדרטי יש שותף-על פרמיוני. על אף שסופר-סימטריה מעולם לא נצפתה בניסוי, היא מהווה מרכיב במספר תאוריות 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.

המודל הסטנדרטי

עפ"י 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 המאסה. לדוגמה, אחד הפרמיונים הידועים ביותר הוא האלקטרון, ששותף לשלשה כזו עם המיואון והטאו. 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 הקווארקים 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: הפוטון, 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

השערת הסופר-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-סימטריה לא קיימת בטבע באנרגיות נמוכות ולכן ההשערה היא שהסימטריה שבורה. כתוצאה מכך, בני הזוג הסופר-סימטריים הינם בעלי מסה שונה מהחלקיקים של המודל הסטנדרטי. בני-הזוג הסופר-סימטריים הללו נקראים שותפי-על (superpartners). שותפי-העל כבדים במספר סדרי גודל מבני-הזוג ה"סטנדרטיים" שלהם, ולכן עד כה לא נצפו במאיצי החלקיקים הקיימים (ר' להלן).

כפי שזה נראה כעת, אף חלקיק מהמודל הסטנדרטי לא יכול להיות שותף-על של חלקיק אחר, כך שאם סופר-סימטריה נכונה, חייבים להימצא עוד חלקיקים רבים שעדיין לא נתגלו, בערך כמספר החלקיקים במודל הסטנדרטי.

נומנקלטורה

שותפי-על של פרמיונים נקראים כמו הפרמיונים בתוספת האות S בהתחלה: סלקטרון, סקווארק, סנייטרינו וכדומה. שותפי-על של בוזונים נקראים כמו הבוזונים בתוספת "_ינו": ווינו (השותף של החלקיק W), זינו (השותף של החלקיק Z), פוטינו, גלואינו וכדומה.

אפשרות אחת בכמה מודלים של סופר-סימטריה היא קיומם של חלקיקים הידועים בשם WIMP‏ (Weakly Interacting Massive Particles) - חלקיקים חלשי תגובה מסיביים), למשל חלקיקי נייטרילנו המגיבים בצורה חלשה מאוד עם החומר. אלה מועמדים אפשריים בתור החומר האפל.

הוכחה ניסויית

נכון להיום (2008), אין אף הוכחה ניסויית שסופר-סימטריה אכן קיימת במציאות. אך למרות זאת, ישנן הוכחות עקיפות המציעות שסופר-סימטריה עשויה להמצא באנרגיות שאינן גבוהות בהרבה מאלה אותן ניתן להשיג במאיצי חלקיקים. החיפוש אחר סופר-סימטריה הוא אחד המטרות העיקריות של מאיץ LHC שבמעבדות CERN שהחל לעבוד בספטמבר 2008, ואמור להגיע לאנרגיות (מסות) שבהן נוצרים חלקיקי-העל.

מכניקת קוונטים על-סימטרית

הבנת ההשלכות של סימטריית-העל מבחינה מתמטית היא דבר מסובך, ופיתוח תאוריות שיסבירו את שבירת הסימטריה, כלומר, החוסר הנראה לעין של שותפי-על בעלי מסה שווה הוא דבר קשה באותה מידה. כדי להתקדם בבעיות אלו, פיתחו הפיזיקאים מכניקת קוונטים על-סימטרית, יישום של האלגברה של סימטריית העל במכניקת הקוונטים כנגד תורת השדות הקוונטיים. הייתה תקוה שחקר השלכות של סימטריית-העל בהסדר פשוט יותר זה יוביל להבנות חדשות; מאמץ זה יצר אזורי מחקר חדשים במכניקת הקוונטים עצמה.

שותפי-על

מודל סטנדרטי מינימלי של סופר-סימטריה (MSSM) מחייב ארבעה שדות מרוכבים של בוזון היגס - שניים טעונים ושניים נייטרליים, כלומר הוא מחייב הרחבה גם של תמונת חלקיקי המודל הסטנדרטי, ולא רק מוסיף חלקיקים חדשים (שותפי-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. שותפי-על טרם התגלו בניסוי.

שותפי-העל במסגרת ה-MSSM הם:

    • במודל הסטנדרטי בוזון Z ופוטון מתוארים כערבוב של בוזון W נייטרלי ובוזון B. באופן דומה, אם סופר-סימטריה הייתה סימטריה מדויקת, היינו מקבלים את הזינו והפוטינו 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 להרכיב את החומר האפל ביקום.
      • 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