Süpersimetri ve Sparçacıklar

Süpersimetri, parçacık fiziğinde uzay-zaman simetrisinin karşılığıdır. Bu iki temel parçacıktan oluşur. Açısal momentumu olan bozonlar ve yarı değerli açısal momentumu olan fermiyonlar. Bir gruptaki her parçacık bir diğeriyle ilgilidir. Bu parçacıklara süper partnerler denir. Açısal momentumları arasında yarı değer kadar fark bulunur. Bozulmamış süper simetri teorisine göre, her bir süper partner çifti aynı kütle ve iç kuantum numarasına sahiptir^{[2], [1]}.

Süpersimetri, Standart Model’in ötesindeki fizik teorilerinin temelini oluşturur. Standart Model, parçacık fiziğinde temel kuvvetleri ve maddeyi tanımlayan en başarılı teoridir. Ancak bazı eksiklikleri ve sorunları vardır. Örneğin, kütleçekimi kuvvetini açıklayamaz, karanlık madde ve karanlık enerji gibi gözlemlenen fenomenleri hesaba katamaz, Higgs bozonunun kütlesini doğru tahmin edemez, evrenin neden daha fazla maddeye sahip olduğunu açıklayamaz. Süpersimetri, bu sorunlara çözüm getirmeyi amaçlayan bir teoridir.

Süpersimetri teorisine göre, Standart Model’deki her parçacığın bir süper partneri vardır. Bu süper partnerler, s-parçacık olarak da adlandırılır. Örneğin, elektronun süper partneri selektron, kuarkın süper partneri skuark, fotonun süper partneri fotino, gluonun süper partneri gluino, Higgs bozonunun süper partneri higgsino’dur. Süper partnerlerin kütleleri Standart Model’deki eşlerinden çok daha büyüktür. Bu nedenle henüz deneysel olarak gözlemlenmemişlerdir.

Higgsino, Higgs bozonunun süper partneridir. Higgs bozonu, Standart Model’de parçacıklara kütle veren Higgs alanının taşıyıcısıdır. Higgsino ise Higgs alanının fermiyonik versiyonudur. Higgsino’nun elektrik yükü yoktur, ancak zayıf etkileşime giren yükü vardır. Higgsino’nun kütleleri 100 GeV ile 1 TeV arasında tahmin edilmektedir. Higgsino’nun varlığı, karanlık madde adaylarından biri olan neutralino’nun oluşumuna katkıda bulunabilir.

Neutralino, fotino, zino (Z bozonunun süper partneri) ve higgsino’nun karışımından oluşan bir s-parçacıktır. Neutralino’nun elektrik yükü yoktur ve çok zayıf etkileşir. Bu özellikleri nedeniyle neutralino’nun karanlık maddeyi oluşturan parçacıklardan biri olabileceği düşünülmektedir. Neutralino’nun kütleleri 100 GeV ile 10 TeV arasında tahmin edilmektedir.

Sparçacıklar, süpersimetri teorisinin önemli bir parçasıdır. Ancak şimdiye kadar hiçbir sparçacık deneysel olarak tespit edilememiştir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), CERN’de bulunan dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık çarpıştırıcısıdır. LHC, protonları çok yüksek enerjilerde çarpıştırarak yeni parçacıklar üretmeyi amaçlamaktadır. LHC, 2012 yılında Higgs bozonunun keşfini duyurmuştur. LHC, aynı zamanda sparçacıkların varlığını araştırmaktadır. Ancak şu ana kadar herhangi bir kanıt bulunamamıştır.