Кіріспе
Гравитонның гипотетикалық суперсерігі Жалпы салыстырмалылық теориясы мен суперсимметрияны біріктіретін супергравитация теорияларында гравитино, гипотетикалық гравитонның өлшеуші фермиондық суперсимметриялық серігі болып табылады. Ол қара материяның кандидаты ретінде ұсынылған. Егер ол бар болса, онда ол спиннің фермионы болып табылады және сондықтан Рарита-Швингер теңдеуіне бағынады. Гравитино өрісі әдетте ψμα түрінде жазылады, мұнда μ = 0, 1, 2, 3 – төрт векторлық индекс, ал α = 1, 2 – спинорлық индекс. Спин 1 немесе одан жоғары массасыз бөлшектер сияқты, теріс нормалы режимдер пайда болады. Бұл режимдер физикалық емес, сондықтан тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін осы режимдерді жоятын өлшеуші симметрия болуы керек: δψμα = ∂μ εα, мұнда εα(x) – кеңістік-уақыттың спинорлық функциясы. Бұл өлшеуші симметрия – жергілікті суперсимметрияның түрленуі, ал нәтижесінде пайда болатын теория – супергравитация. Осылайша, гравитино – супергравитациялық өзара әрекеттесуді қамтамасыз ететін фермион, фотон электромагнетизмді қамтамасыз ететіндей, ал гравитон гравитацияны қамтамасыз етеді деп есептеледі. Суперсимметрия супергравитация теорияларында бұзылған кезде, ол массаға ие болады, ол суперсимметрия бұзылған деңгеймен анықталады. Бұл суперсимметрия бұзылуының әртүрлі модельдеріне байланысты айтарлықтай өзгереді, бірақ егер суперсимметрия Стандартты модельдің иерархиялық мәселесін шеше алса, гравитиноның массасы шамамен 1 ТэВ/с2-ден аспауы керек.
In supergravity theories combining general relativity and supersymmetry, the gravitino is the gauge fermion supersymmetric partner of the hypothesized graviton. It has been suggested as a candidate for dark matter. If it exists, it is a fermion of spin and therefore obeys the Rarita–Schwinger equation. The gravitino field is conventionally written as ψμα with 1=μ = 0, 1, 2, 3 a four vector index and 1=α = 1, 2 a spinor index. For one would get negative norm modes, as with every massless particle of spin 1 or higher. These modes are unphysical, and for consistency there must be a gauge symmetry which cancels these modes: 1=δψμα = ∂μεα, where εα(x) is a spinor function of spacetime. This gauge symmetry is a local supersymmetry transformation, and the resulting theory is supergravity. Thus the gravitino is the fermion mediating supergravity interactions, just as the photon is mediating electromagnetism, and the graviton is presumably mediating gravitation. Whenever supersymmetry is broken in supergravity theories, it acquires a mass which is determined by the scale at which supersymmetry is broken. This varies greatly between different models of supersymmetry breaking, but if supersymmetry is to solve the hierarchy problem of the Standard Model, the gravitino cannot be more massive than about 1 TeV/c2.
Тарих
Мюррей Гелл-Манн мен Питер ван Ньювенхуйзен супергравитациямен байланысты спині 3/2 бөлшекті "гемитрион" деп атауды жоспарлаған, бұл "жарты үш" деген мағынаны білдіретін еді. Алайда, Physical Review журналының редакторлары бұл атауды қолдамады және 1977 жылғы жарияланымда "массасыз Рарита-Швингер бөлшегі" деген атауды ұсынды. "Гравитино" атауын Сидни Кольман мен Хайнц Пейджельс ұсынды, бірақ бұл термин 1954 жылы Феликс Пирани тарапынан нөлдік тыныштық массасымен теріс энергиялық қоздырулар класын сипаттау үшін алғаш рет қолданылған.
Гравитиноның космологиялық проблемасы
Егер гравитиноның массасы TeV шамасында болса, онда ол стандартты космология моделінде, кем дегенде, қарапайым тұрғыдан алғанда мәселе тудырады. Бір мүмкіндік – гравитино тұрақты болуы мүмкін. Бұл гравитино ең жеңіл суперсимметриялық бөлшек болса және R-паритеті сақталса (немесе оған жақын болса) орын алады. Бұл жағдайда гравитино қара материяға үміткер болады; сондықтан мұндай гравитинолар өте ерте ғаламда пайда болған болар еді. Дегенмен, гравитинолардың тығыздығын есептеуге болады, және ол байқалатын қара материя тығыздығынан әлдеқайда жоғары болып шығады. Басқа мүмкіндік – гравитино тұрақсыз болуы мүмкін. Осылайша, жоғарыда аталған гравитинолар ыдырайды және байқалатын қара материя тығыздығына үлес қоспайды. Алайда, олар тек гравитациялық өзара әрекеттесу арқылы ғана ыдырайтындықтан, олардың өмір сүру мерзімі өте ұзақ болады, табиғи бірліктерде Mpl2 / m3 шамасында, мұнда Mpl – Планк массасы, ал m – гравитино массасы. ТеВ шамасындағы гравитино массасы үшін бұл e = 5 болады, яғни нуклеосинтез дәуірінен әлдеқайда кейін. Кем дегенде, ыдыраудың бір арнасы фотон, зарядталған лептон немесе мезонды қамтуы керек, олардың әрқайсысы ядроға тисе, оны жоюға жеткілікті энергияға ие болар еді. Ядролық синтез дәуірінде пайда болған барлық ядроларды жою үшін, байқауларға қайшы келетіндей, ыдырау кезінде осындай энергетикалық бөлшектердің жеткілікті мөлшерде пайда болатынын көрсетуге болады. Нәтижесінде, ғалам тек сутектен ғана тұрар еді және жұлдыздардың пайда болуы мүмкін болмас еді. Космологиялық гравитино мәселесіне бір мүмкін шешім – бұл бөлінген суперсимметрия моделі, онда гравитино массасы TeV шкаласынан әлдеқайда жоғары, бірақ стандартты модель бөлшектерінің басқа фермиондық суперсимметриялық серіктестері осы шкалада пайда болады. Тағы бір шешім – R-паритетінің сәл бұзылуы және гравитиноның ең жеңіл суперсимметриялық бөлшек болуы. Бұл ерте ғаламдағы барлық суперсимметриялық бөлшектердің дерлік бастапқы ядролардың синтезінен бұрын R-паритеті бұзылған өзара әрекеттесу арқылы Стандартты модель бөлшектеріне ыдырауына себеп болады; алайда, кішкентай үлесі гравитиноларға ыдырайды, олардың жартылай ыдырау мерзімі Планк шкаласы мен кішкентай R-паритеті бұзылған байланыстардың ыдырау жылдамдығын басуының арқасында ғаламның жасынан әлдеқайда ұзақ болады.