Кіріспе

Кейбір суперсимметриялық модельдердегі дискреттік симметрия. R-паритет – бөлшектер физикасындағы ұғым. Минималды суперсимметриялық стандартты модельде бариондық сан мен лептондық сан теориядағы барлық қайта нормаланатын байланыстар арқылы сақталмайды. Бариондық сан мен лептондық санның сақталуы өте жоғары дәлдікпен тексерілгендіктен, эксперименттік деректерге қайшы келмеу үшін осы байланыстар өте кішкентай болуы керек. R-паритет – бұл байланыстарды тыйым салатын Минималды суперсимметриялық стандартты модель (MSSM) өрістерінде әрекет ететін симметрия және оны былай анықтауға болады:

немесе, эквивалентті түрде:

мұнда s – спин, B – бариондық сан, ал L – лептондық сан. Барлық Стандартты модель бөлшектерінің R-паритеті +1-ге тең, ал суперсимметриялық бөлшектердің R-паритеті -1-ге тең. Әр түрлі әсерлері мен принциптері бар бірнеше түрлі паритеттер бар екенін ескеріңіз, осы паритетті басқа паритеттермен шатастырмау керек.

Қара материяға үміткер

R паритеті сақталған жағдайда, ең жеңіл суперсимметриялық бөлшек (LSP) ыдырамайды. Сондықтан, бұл ең жеңіл бөлшек (егер бар болса) ғаламның байқалатын жоғалған массасын, әдетте қара материя деп аталатын, түсіндіруге мүмкін. Байқауларға сәйкес келу үшін, бұл бөлшектің массасы 100-ден 1-ге дейін деп есептеледі, ол бейтарап және әлсіз өзара әсерлесулер мен гравитациялық өзара әсерлесулер арқылы ғана өзара әрекеттеседі. Оны көбінесе әлсіз өзара әрекеттесетін массивті бөлшек немесе WIMP деп атайды. Әдетте, MSSM-нің қара материя кандидаты – электрослабос гаугинолар мен Хиггсинолардың қоспасы, ол нейтралино деп аталады. MSSM-нің кеңейтімдерінде снейтрино қара материя кандидаты бола алады. Тағы бір мүмкіндік – гравитино, ол тек гравитациялық өзара әсерлесу арқылы ғана өзара әрекеттеседі және қатаң R паритетін қажет етпейді.

Протондық ыдырау

Бариондық және лептондық сандар сақталмаса, сондай-ақ R паритетін бұзатын өзара әрекеттесулерді ескерсек, протон шамамен 10−2 секунд ішінде ыдырауы мүмкін. Ал егер минималды дәм бұзу принципі сақталса, протонның өмір сүру ұзақтығы 1 жылға дейін ұзартылуы мүмкін. Бірақ протонның өмір сүру мерзімі 1033-тен 1034 жылға дейін (нақты ыдырау каналына байланысты) асатыны байқалып отыр, бұл модельге қарсы күшті дәлел болар еді. R паритеті барлық қайта нормаланатын бариондық және лептондық сандарды бұзатын өзара әрекеттесулерді нөлге теңестіреді, соның салдарынан протон қайта нормаланатын деңгейде тұрақты болады, ал оның өмір сүру мерзімі 1032 жылға дейін ұзарады, бұл қазіргі бақылау деректерімен келіседі. Протонның ыдырауы лептондар мен бариондық сандарды бір мезгілде бұзуды қажет етеді, сондықтан бір ғана қайта нормаланатын R паритетін бұзу протонның ыдырауына алып келмейді. Осы себепті R паритетін бұзуды зерттеуге көшті, онда R паритетін бұзатын өзара әрекеттесулердің тек бір жиынтығы нөлден өзгеше болады, бұл кейде «бір өзара әрекеттесудің басымдығы» гипотезасы деп аталады.

R-паритеттің мүмкін шығу тегі

R паритетті ынталандырудың өте тартымды жолы – үздіксіз калибрлік симметрия арқылы, ол қазіргі эксперименттерге қолжетімсіз масштабта спонтанды түрде бұзылады. Үздіксіз симметрия B және L заңдарын бұзатын қайта нормаланатын мүшелерге тыйым салады. Егер бұл симметрия тек скалярлық вакуумдық күту мәндерімен (немесе басқа рет параметрлерімен), олардың R паритеті жұп санмен белгіленетін болса, онда қажетті қасиеттері бар дәл сақталатын дискретті ішкі топ пайда болады. Маңызды мәселе – R паритеті бойынша тақ болып табылатын снейтриноның (нейтриноның суперсимметриялық серігі) вакуумдық күту мәнін дамытатынын анықтау. Феноменологиялық негізде, бұл электрослабықтан әлдеқайда жоғары масштабта бұзылған кез келген теорияда мүмкін емес екенін көрсетуге болады. Бұл үлкен масштабтағы тербеліс механизміне негізделген кез келген теорияда дұрыс. Салдарынан, мұндай теорияларда R паритеті барлық энергияларда дәл сақталады. Бұл құбылыс SO(10) біріктірілген теорияларында автоматты симметрия ретінде туындауы мүмкін. R паритетінің табиғи туындауы мүмкін, себебі SO(10) стандартты модель фермиондары 16 өлшемді спинорлық өкілдіктен, ал Хиггс 10 өлшемді векторлық өкілдіктен туындайды. SO(10) инвариантты байланысты жасау үшін спинорлық өрістердің жұп саны болуы керек (яғни спинорлық паритет болуы керек). GUT симметриясы бұзылғаннан кейін, бұл спинорлық паритет GUT симметриясын бұзу үшін спинорлық өрістер қолданылмаса, R паритетіне дейін төмендейді. Мұндай SO(10) теорияларының нақты мысалдары құрастырылды.