supersimetría dividida

En física de partículas , la supersimetría dividida es una propuesta para una física que va más allá del Modelo Estándar .

Se propuso por separado en tres artículos. El primero, de James Wells en junio de 2003, en una forma más modesta que relajaba ligeramente la suposición sobre la naturalidad en el potencial de Higgs . En mayo de 2004, Nima Arkani-Hamed y Savas Dimopoulos argumentaron que la naturalidad en el sector de Higgs podría no ser una guía precisa para proponer nueva física más allá del Modelo Estándar y sostuvieron que la supersimetría podría realizarse de una manera diferente que preservara la unificación del acoplamiento de gauge y tuviera un candidato a materia oscura . En junio de 2004, Gian Giudice y Andrea Romanino argumentaron desde un punto de vista general que, si se busca la unificación del acoplamiento de gauge y un candidato a materia oscura, la supersimetría dividida es una de las pocas teorías existentes.

Las nuevas partículas ligeras (~ TeV ) en la supersimetría dividida (más allá de las partículas del Modelo Estándar) son

El lagrangiano para la supersimetría dividida está restringido por la existencia de supersimetría de alta energía. Hay cinco acoplamientos en la supersimetría dividida: el acoplamiento cuártico de Higgs y cuatro acoplamientos de Yukawa entre los higgsinos, Higgs y gauginos. Los acoplamientos están establecidos por un parámetro,${\displaystyle \tan \beta }$, en la escala donde los escalares supersimétricos se desacoplan. Por debajo de la escala de ruptura de la supersimetría, estos cinco acoplamientos evolucionan a través de la ecuación del grupo de renormalización hasta la escala de TeV. En un futuro colisionador lineal , estos acoplamientos podrían medirse con una precisión del 1% y luego evolucionar mediante el grupo de renormalización hasta altas energías para demostrar que la teoría es supersimétrica a una escala extremadamente alta.

La característica más llamativa de la supersimetría dividida es que el gluino se convierte en una partícula cuasiestable con una vida útil que podría alcanzar los 100 segundos. Un gluino con una vida útil mayor interrumpiría la nucleosíntesis del Big Bang o se habría observado como una fuente adicional de rayos gamma cósmicos . El gluino tiene una vida útil prolongada porque solo puede desintegrarse en un squark y un quark , y porque los squarks son muy pesados ​​y estas desintegraciones están altamente suprimidas. Por lo tanto, la tasa de desintegración del gluino se puede estimar aproximadamente, en unidades naturales , como${\displaystyle {{m_{g}}^{5} \over {m_{sq}}^{4}}}$dónde${\displaystyle m_{g}}$es la masa en reposo del gluino y${\displaystyle m_{sq}}$la masa en reposo del squark. Para una masa de gluino del orden de 1 TeV , el límite cosmológico mencionado anteriormente establece un límite superior de aproximadamente${\displaystyle 10^{9}}$GeV en masas de squarks.

La vida útil potencialmente larga del gluino da lugar a diferentes señales en los colisionadores Tevatron y Large Hadron Collider . Hay tres maneras de ver estas partículas:

• Medición de la relación entre momento y energía o velocidad en cámaras de seguimiento (dE/dx en la cámara de seguimiento interna o p/v en la cámara de seguimiento de muones externa).
• Se buscan eventos de chorros singlete en exceso que surjan de la radiación del estado inicial o final.
• Se buscan gluinos que hayan quedado atrapados dentro del detector y que posteriormente se desintegren. Este fenómeno puede ocurrir si los gluinos se hadronizan para formar un hadrón exótico que interactúa fuertemente con un nucleón en el detector, creando así un hadrón cargado exótico . Este último se desacelerará por interacción electromagnética dentro del detector y finalmente se detendrá.

La supersimetría dividida permite la unificación de los acoplamientos de gauge, al igual que la supersimetría, porque las partículas con masas muy superiores a la escala de TeV no desempeñan un papel importante en la unificación. Estas partículas son el gravitino , que tiene un acoplamiento pequeño (del orden de la interacción gravitatoria ) con las demás partículas, y los compañeros escalares de los fermiones del modelo estándar, a saber, los squarks y los sleptones . Estos últimos mueven las funciones beta de todos los acoplamientos de gauge y no influyen en su unificación, porque en la teoría de la gran unificación forman un multiplete SU(5) completo , como una generación completa de partículas.

La supersimetría dividida también resuelve el problema cosmológico del gravitino , porque la masa del gravitino es mucho mayor que TeV .

Los límites superiores de la tasa de desintegración del protón también pueden cumplirse porque los squarks también son muy pesados.

Por otro lado, a diferencia de la supersimetría convencional , la supersimetría dividida no resuelve el problema de la jerarquía , que ha sido una motivación principal para las propuestas de nueva física más allá del Modelo Estándar desde 1979. Una propuesta es que el problema de la jerarquía se "resuelve" asumiendo un ajuste fino debido a razones antrópicas .

La actitud inicial de algunos miembros de la comunidad de física de altas energías hacia la supersimetría dividida quedó ilustrada por una parodia llamada supersplit supersymmetry . A menudo, cuando se propone una nueva noción en física, se produce una reacción instintiva. Cuando la naturalidad en el sector de Higgs se propuso inicialmente como motivación para una nueva física, la idea no se tomó en serio. Tras la propuesta del Modelo Estándar supersimétrico, Sheldon Glashow bromeó diciendo que «ya se ha descubierto la mitad de las partículas». Después de 25 años, la noción de naturalidad se había arraigado tanto en la comunidad que proponer una teoría que no la utilizara como motivación principal era objeto de burla. La supersimetría dividida hace predicciones distintas tanto del Modelo Estándar como del Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo , y se espera que la naturaleza última de la naturalidad en el sector de Higgs se determine en futuros colisionadores.

Muchos de los defensores originales de la naturalidad ya no creen que deba ser una restricción exclusiva para la nueva física. Kenneth Wilson la defendió inicialmente, pero recientemente la ha calificado como uno de sus mayores errores durante su carrera. Steven Weinberg flexibilizó la noción de naturalidad en la constante cosmológica y propuso una explicación ambiental en 1987. Leonard Susskind , quien propuso inicialmente el tecnicolor , es un firme defensor de la noción de paisaje y no naturalidad. Savas Dimopoulos , quien propuso inicialmente el Modelo Estándar supersimétrico, propuso la supersimetría dividida.

• Modelo estándar supersimétrico mínimo
• Supersimetría superdividida
• Supersimetría

• Implicaciones de la ruptura de la supersimetría con una pequeña jerarquía entre gauginos y escalares, por James D. Wells
• Unificación supersimétrica sin supersimetría de baja energía y señales para el ajuste fino en el LHC por Nima Arkani-Hamed y Savas Dimopoulos
• Supersimetría dividida por GF Giudice y A. Romanino
• Artículos de autoridad sobre supersimetría dividida