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Archivo de abril 21st, 2014

Supersimetría (SUSY para los amigos)

Especial Año Internacional de la Cristalografía

Si en una entrada previa hablamos de las simetrías en Física que permitieron a Emmy Noether establecer su famoso teorema, hoy nos vamos a ocupar de otro tipo de simetrías que tienen entretenidos a los físicos teóricos y, ¿por qué no?, también a unos cuantos matemáticos desde hace unas décadas, es la llamada supersimetría.

I know you’re living in my mind

It’s not the same as being alive

I know you’re living in my mind

It’s not the same as being alive

Supersymmetry

Supersymmetry

Supersymmetry. Arcade Fire, “Reflektor” (2013)

El Modelo Estándard es sin duda uno de los grandes desarrollos de la Física de los últimos años, y trata de dar una respuesta completa a como está compuesta la materia que conforma nuestro universo. Este modelo nos dice que la materia está esencialmente formada por dos tipos de partículas, las llamadas fermiones (en homenaje al gran físico Enrico Fermi) y las llamadas bosones (en homenaje a otro gran físico, Bose). La diferencia entre unas y otras descansa en una propiedad de las partículas que se llama espín, y que está relacionado con el momento angular (¡recuerden a Noether!). El espín puede ser un número entero o una fracción o semientero: los bosones son las partículas de espín entero y los fermiones las de espín semientero. Los fermiones (divididos en quarks y leptones) constituyen la materia y las interacciones entre las mismas – las fuerzas fundamentales – las producen los bosones (fotones, gravitones).

El modelo estandard es un ejemplo de colaboración cientifica entre científicos de todo el mundo, y fue terminado a finales de los años 70 tras la confirmación experimental de la existencia de los quark. Comprende una buena colección de partículas, clasificadas por sus masas, espínes, colores, sabores, … En la página web http://particleadventure.org/spanish/index.html se puede encontrar una completa explicación del modelo estandard en una manera muy didáctica y entretenida. Esta pléyade partículas del modelo estandard mereció este comentario de Enrico Fermi a Leon Lederman:

Muchacho, si yo tuviera que recordar los nombres de todas esas partículas, hubiera sido botánico.

Parejas de partículas

If telling the truth is not polite

Then I guess you’ll have to fight

If telling the truth is not polite

Then I guess we’ll have to fight

Supersymmetry

Supersymmetry

Supersymmetry

Lo que dice la supersimetría es que a cada bosón le corresponde un fermión, y a cada fermión, un bosón, y para que las cosas sean simétricas se necesitaría un balance, un equilibrio, ambas partículas que se correspondan deberían tener la misma masa. Como los físicos teóricos suelen tener una gran imaginación (¡matemáticos, seamos más imaginativos, tomemos ejemplo!) a cada compañera supersimétrica se le da un nombre espacial, de manera que, por ejemplo, el electrón, que es un bosón, tendría una compañera que se llama el selectrón; y las compañeras de los quarks serían squark. Para que la cosa no sea igual (¡asimetría al fin!) a las compañeras de los fermiones las llamamos de diferente manera, y así la del fotón es el fotino, y la del gravitón, el gravitino.

En resumen, la supersimetría (SUSY para los amigos) nos dice que tenemos que doblar el número de partículas, pero los dobles no han aparecido. Para, por ejemplo el electrón, no encontramos la compañera con la misma masa (recordemos que con la equivalencia masa=energía propugnada por Albert Einstein) que debería aparecer en las colisiones. Nuevo golpe de la imaginación: si no aparecen, será porque su masa es mucho mayor, y es justo a esa asimetría a lo que se refieren los físicos cuando hablan de la rotura de simetría. Y claro, para encontrar esas superpartículas nenesitamos incrementar la energía de los aceleradores, se supone que estas masas de las supercompañeras se podrán observar en la región entre 100 GeV hasta 1 TeV en el LHC, el Large Hadron Collider o Gran Colisionador de Hadrones” (lo que es mucha, mucha energía). De hecho, se espera que el LHC alcance 14 TeV cuando esté en pleno rendimiento a partir de 2015. En el LHC hay dos grandes experimentos que conllevan una búsqueda de la supersimetría, que son ATLAS y CMS, de manera que si la teoría es correcta, se detectará la evidencia.

Los físicos esperan tener pronto noticias sobre las partículas supersimétricas. Pero de momento las colisiones en el LHC no han proporcionado evidencias, aunque tras el descubrimiento del bosón de Higgs (o de uno de los posibles bosones de Higgs) todo hace esperar buenas noticias. Si hubiera evidencias (y recuerden todos que estas evidencias no son teoremas, sino resultados estadísticos con un enorme grado de fiabilidad), el Modelo Estándard sería bendecido, y las explicaciones para la materia oscura podrían estar ahí, pero si no fuera así se necesitaría una nueva física (quizás con nuevos contenidos matemáticos).

Es un juego interesante, que quiere contestar a la mayor parte de los misterios de nuestro universo, pero que va a requerir más y más potentes aceleradores. La pregunta es si eso será suficiente en algún momento de nuestro futuro próximo o si no habrá otros modelos que sean mejores. La construcción del LHC y de nuevos aceleradores es un tema que levanta cierta polémica en la comunidad científica y en la sociedad, por sus costes elevados. Pero, en cualquier caso, si uno mira el coste de uno de estos aceleradores y lo compara con los miles de millones de euros que la humanidad emplea en tonterías variadas, será siempre dinero bien gastado.

Terminemos esta entrada con el resto de la canción Supersymmetry de Arcade Fire que nos ha acompañado a lo largo de la misma:

I lived for a year, in the bed by the window

Reading books, better than memories

Wanna feel the seasons passing

Wanna feel the spring

Of supersymmetry

Supersymmetry

Supersymmetry

Supersymmetry

 

It’s been a while since I’ve been to see you

I don’t know where, but you’re not with me

Heard a voice, like an echo

But it came from you

Supersymmetry

Supersymmetry (supersymmetry)

Supersymmetry (supersymmetry)

Supersymmetry (supersymmetry)

Más información:

Entradas del Año Internacional de la Cristalografía: http://www.madrimasd.org/blogs/matematicas/tag/ano-internacional-cristalografia

Manuel de León (CSIC, Real Academia de Ciencias y Academia Canaria de Ciencias) es Director del Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT) y vocal del Comité Ejecutivo de IMU.

Ágata A. Timón es responsable de Comunicación y Divulgación del ICMAT.

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