Кіріспе

Бозон мен фермион арасындағы симметрия – американдық телесериалдың эпизоды «[[Angel (1999 телесериалы)]]». Суперсимметрия – физикадағы бүтін спинді бөлшектер (бозондар) мен жартылай бүтін спинді бөлшектер (фермиондар) арасындағы симметрияның бар екенін ұсынатын теориялық негіз. Ол әрбір белгілі бөлшекке сәйкес, әртүрлі спиндік қасиеттері бар серіктес бөлшектің бар екенін болжайды. Суперсимметрияны зерттеуге бағытталған көптеген тәжірибелер оның табиғатта бар екенін дәлелдеуге сәтті болған жоқ. Егер дәлелдер табылса, суперсимметрия қараңғы материяның сипаты және бөлшектер физикасындағы иерархиялық проблема сияқты кейбір құбылыстарды түсіндіруге көмектесе алады. Суперсимметриялық теория – күштерге және материяға қатысты теңдеулердің бірдей болатын теория. Теориялық және математикалық физикада осы қасиетке ие кез келген теория суперсимметрия принципін (SUSY) қамтиды. Оннан астам суперсимметриялық теориялар бар. Теориялық тұрғыдан алғанда, суперсимметрия – екі негізгі бөлшектер класы арасындағы кеңістік-уақыт симметриясының бір түрі: бүтін спиндік мәні бар және Бозе-Эйнштейн статистикасын сақтайтын бозондар, сондай-ақ жартылай бүтін спиндік мәні бар және Ферми-Дирак статистикасын сақтайтын фермиондар. Фермиондардың бозондық серіктестерінің атаулары «s» әрпімен басталады, себебі олар скалярлық бөлшектер болып табылады. Суперсимметрияда фермиондар класының әр бөлшегіне бозондар класындағы сәйкес бөлшек сәйкес келеді, және керісінше – бұл серіктес бөлшектер деп аталады. Бөлшектің серіктес бөлшегінің спині жартылай бүтін санмен өзгеше. Мысалы, егер электрон суперсимметриялық теорияда бар болса, онда электроның бозондық серіктесі – селектрон (электронның серіктесі) деп аталатын бөлшек болады. Ең қарапайым суперсимметрия теорияларында, толыққанды «бұзылмаған» суперсимметрияда, серіктес бөлшектер жұбы спиннен басқа бірдей масса мен ішкі кванттық сандарға ие болады. Күрделі суперсимметрия теориялары спонтанды түрде бұзылған симметрияға ие, бұл серіктес бөлшектердің массаларында айырмашылыққа мүмкіндік береді. Суперсимметрия физиканың әртүрлі салаларында қолданылады, мысалы кванттық механика, статистикалық механика, кванттық өріс теориясы, конденсирленген материя физикасы, ядролық физика, оптика, стохастикалық динамика, астрофизика, кванттық гравитация және космология. Суперсимметрия сонымен қатар жоғары энергиялық физикаға қолданылған, онда Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтімі Стандартты модельден тыс физиканың ықтимал кандидаты болып табылады. Алайда, Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтімдері эксперименттік түрде расталмаған. Дж. Л. Гервейс және Б. Сакита (1971 ж.), Ю. А. Гольфанд және Э. П. Лихтман (сол 1971 ж.), және Д. В. Волков пен В. П. Акулов (1972 ж.) кванттық өріс теориясы аясында суперсимметрияны тәуелсіз түрде қайта ашты, бұл кеңістік-уақыт пен фундаменталдық өрістердің түбірінен жаңа симметриясы, әртүрлі кванттық сипаттары бар элементар бөлшектер, бозондар мен фермиондар арасындағы байланысты орнатып, микроскопиялық құбылыстардың кеңістік-уақыттық және ішкі симметрияларын біріктіреді. Гервейс-Сакитаның қайта табуы тікелей негізделген дәйекті Ли алгебралық сыныпталған құрылымы бар суперсимметрия алғаш рет 1971 жылы Пьер Рамонд, Джон Х. Шварц және Андре Невудың струна теориясының алғашқы нұсқасы аясында пайда болды. 1974 жылы Джулиус Весс пен Бруно Зумино төрт өлшемді суперсимметриялық өріс теорияларының қайта нормалау ерекшеліктерін анықтады, олар оларды ерекше QFT ретінде анықтады, және олар мен Абдус Салам және олардың әріптестері зерттеушілерді бастапқы бөлшектер физикасының қосымшаларына енгізді. Суперсимметрияның математикалық құрылымы (баспалы Ли супералгебрасы) кейіннен физиканың басқа да тақырыптарына, ядролық физикадан, сын құбылыстарға, кванттық механикадан статистикалық физикаға дейін сәтті қолданылды, және суперсимметрия физиканың көптеген салаларында көптеген ұсынылатын теориялардың маңызды бөлігі болып қала береді. Бөлшектер физикасында Стандартты модельдің бірінші суперсимметриялық нұсқасын 1977 жылы Пьер Файе ұсынды, ол Минималды суперсимметриялық Стандартты модель немесе қысқаша MSSM деп аталады. Ол, басқа нәрселермен қатар, иерархиялық проблеманы шешу үшін ұсынылды. Суперсимметрияны 1974 жылы Абдус Салам мен Джон Стратди Весс пен Зумино қолданған супергаузерлік симметрия терминінің жеңілдетілуі ретінде енгізді, бірақ Зумино да осы терминді шамамен бір уақытта қолданған. Супергейд термині 1971 жылы Неву мен Шварц олардың струна теориясы аясында суперсимметрияны ойлап тапқан кезде пайда болды.

Мүмкін симетрия топтарын кеңейту

Физиктердің суперсимметрияны зерттегенінің бір себебі – ол кванттық өріс теориясының жақсы таныс симметрияларын кеңейту мүмкіндігін ұсынады. Бұл симметриялар Пуанкаре тобы және ішкі симметриялар түрінде топтастырылады, ал Коулман-Мандула теоремасы белгілі бір шарттарда S-матрицасының симметриялары Пуанкаре тобының компактты ішкі симметрия тобымен тікелей көбейтіндісі болуы керек екенін көрсетті, немесе егер массалық айырма болмаса, онда компактты ішкі симметрия тобымен конформдық топ болуы керек екенін көрсетті. 1971 жылы Гольфанд пен Лихтман алғаш рет Пуанкаре алгебрасын төрт өлшемдегі төрт антикоммутациялық спинор генераторларын енгізу арқылы кеңейтуге болатынын көрсетті, бұл генераторлар кейіннен суперзарядтар деп аталды. 1975 жылы Хааг-Лопушанский-Сонниус теоремасы барлық мүмкін супералгебраларды, оның ішінде супергенераторлар мен орталық зарядтардың кеңейтілген саны барларын жалпы формада талдады. Бұл кеңейтілген супер Пуанкаре алгебрасы суперсимметриялық өріс теорияларының өте кең және маңызды класын құруға мүмкіндік берді.

Суперсимметрия алгебрасы

Физиканың дәстүрлі симметриялары Пуанкаре тобының тензорлық өрнектемелері және ішкі симметриялар арқылы түрленетін объектілермен туындайды. Дегенмен, суперсимметриялар спиндік өрнектемелер арқылы түрленетін объектілермен туындайды. Спин-статистика теоремасына сәйкес, бозондық өрістер коммутацияланады, ал фермиондық өрістер антикоммутацияланады. Екі түрлі өрісті бір алгебраға біріктіру үшін Z2 жіктемесін енгізу қажет, онда бозондар – жұп элементтер, ал фермиондар – тақ элементтер болып табылады. Мұндай алгебра Ли супералгебрасы деп аталады. Поинкаре алгебрасының ең қарапайым суперсимметриялық кеңейтімі – Суперпоинкаре алгебрасы. Екі Вейль спиноры арқылы көрсетілгенде, келесі антикоммутациялық қатынасқа ие: Q-лар арасындағы барлық басқа антикоммутациялық қатынастар және Q-лар мен P-лар арасындағы коммутациялық қатынастар нөлге тең. Жоғарыдағы өрнекте P – аударма генераторлары, ал σμ – Паули матрицалары. Ли супералгебрасының Ли алгебрасының өрнектемелеріне ұқсас өрнектемелері бар. Әр Ли алгебрасымен байланысты Ли тобы болады және Ли супералгебрасын кейде Ли супертобының өрнектемелеріне дейін кеңейтуге болады.

Суперсимметриялық кванттық механика

Суперсимметриялық кванттық механика кванттық өріс теориясына қарама-қарсы, кванттық механикаға SUSY супералгебрасын қосады. Суперсимметриялық кванттық механика көбінесе суперсимметриялық солитонның динамикасын зерттегенде маңызды болады, және уақыттың функциясы ғана болатын (ғарыш-уақыт емес) өрістердің қарапайымдылығының арқасында бұл сала бойынша үлкен прогресс жасалды және қазір ол өз алдына жеке зерттеледі. SUSY кванттық механикасында белгілі бір математикалық қатынасты бөлісетін, серіктес гамильтондар деп аталатын гамильтондар жұбы болады. (Гамильтондарда кездесетін потенциалдық энергия мүшелері серіктес потенциалдар деп аталады.) Бастапқы теорема, бір гамильтонияның кез келген өзіндік күйі үшін, оның серіктес гамильтониясында сол энергияға ие сәйкес өзіндік күй болатынын көрсетеді. Бұл факт өзіндік күйлер спектрінің көптеген қасиеттерін анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Бұл SUSY-нің бастапқы сипаттамасына ұқсас, ол бозондар мен фермиондарға қатысты. Біз "бозондық гамильтониянды" көзге елестете аламыз, оның өзіндік күйлері теориямыздың әртүрлі бозондары болады. Осы гамильтонияның SUSY серіктесі "фермиондық" болады, ал оның өзіндік күйлері теорияның фермиондары болады. Әр бозонның бірдей энергияға ие фермиондық серігі болады.

Қаржы саласында

2021 жылы суперсимметриялық кванттық механика опциялардың бағасын анықтауға, қаржы нарықтарын талдауға және қаржылық желілерге қолданылды.

Кванттық өріс теориясындағы суперсимметрия

Кванттық өріс теориясында суперсимметрия бірнеше теориялық мәселелерді шешуге, көбінесе қажетті математикалық қасиеттерді қамтамасыз етуге және жоғары энергияда дұрыс мінез-құлықты қамтамасыз етуге бағытталған. Суперсимметриялық кванттық өріс теориясын талдау көбінесе оңайырақ, себебі көптеген мәселелер математикалық тұрғыдан шешілетіндей болады. Суперсимметрия жергілікті симметрия ретінде қабылданғанда Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы автоматты түрде енгізіледі, нәтижесінде супергравитация теориясы пайда болады. Суперсимметрияның тағы бір теориялық тартымды қасиеті – ол Коулман-Мандула теоремасына жалғыз "есік" ұсынады, бұл теорема кванттық өріс теорияларында кеңістік-уақыт және ішкі симметрияларды кез келген маңызды емес тәсілмен біріктіруге тыйым салады. Хааг-Лопусзанский-Сонниус теоремасы кеңістік-уақыт және ішкі симметрияларды тұрақты түрде біріктірудің жалғыз жолы – суперсимметрия екенін көрсетеді. Суперсимметрия жоғары энергияда ашылмаса да (қараңыз, бөлшектер физикасындағы Суперсимметрия бөлімі), ол адрондық физиканың орташа энергиясында тиімді жүзеге асырылатыны анықталды, онда бариондар мен мезондар суперсеріктестер болып табылады. Пион – бұл ерекшелік, ол массалық спектрде нөлдік режим ретінде пайда болады және осылайша суперсимметриямен қорғалған: оның бариондық серігі жоқ. Бұл тиімді суперсимметрияның іске асырылуын кварк-дикварк модельдері арқылы оңай түсіндіруге болады: екі түрлі түсті заряд бір-біріне жақын орналасқанда (мысалы, көк және қызыл), олар ірі қарастыру кезінде тиісті антитүс ретінде (мысалы, антижасыл) көрінеді. Сондықтан, 3 валентті кварктан тұратын барион, олардың екеуі дикварк ретінде топтасса, мезон сияқты мінез-құлық көрсетеді.

Конденсацияланған материя физикасындағы суперсимметрия

SUSY тұжырымдамалары WKB жуықтауына пайдалы кеңейтулер ұсынды. Сонымен қатар, SUSY кванттық және кванттық емес (статистикалық механика арқылы) тәртіпсіздік бойынша орташаланған жүйелерге қолданылды, Фокер-Планк теңдеуі кванттық емес теорияның мысалы болып табылады. Осы жүйелердегі "суперсимметрия" бір бөлшекті модельдеу фактісінен туындайды, сондықтан "статистика" рөл атқармайды. Суперсимметрия әдісін қолдану тәртіпсіздікті орташалау кезінде "бөлгіш мәселесі" деп аталатын мәселені шешуге тырысатын реплика тәсіліне математикалық тұрғыдан қатаң балама ұсынады, бірақ тек өзара әрекеттеспейтін жүйелерде ғана. Конденсацияланған материя физикасында суперсимметрияның қолданылуы туралы толық ақпарат алу үшін Ефетов (1997) еңбегіне жүгініңіз. 2021 жылы зерттеушілер тобы теориялық тұрғыдан SUSY-ді Мур-Рид кванттық Холл күйінің жиегінде жүзеге асыруға болатынын көрсетті. Дегенмен, бүгінгі күнге дейін Мур-Рид күйінің жиегінде оны жүзеге асыру үшін ешқандай тәжірибе жасалмады. 2022 жылы зерттеушілердің басқа тобы суперсимметриялық топологиялық квазибөлшектері бар 1 өлшемді атомдардың компьютерлік моделін жасады.

Оптикадағы суперсимметрия

2013 жылы интеграцияланған оптика, SUSY-дің белгілі бір салдары зертханалық жағдайларда оңай қолжетімді болатын өнімді алаң екені анықталды. Кванттық механикалық Шредингер теңдеуінің ұқсас математикалық құрылымын және бірөлшемді жағдайлардағы жарық эволюциясын басқаратын толқын теңдеуін пайдалана отырып, құрылымның сындыру көрсеткішінің таралуын оптикалық толқын пакеттерінің таралуына мүмкіндік беретін әлеуеттік ландшафт ретінде қарастыруға болады. Осылайша, фазалық үйлесімде, режимдерді түрлендіруде және кеңістіктік мультиплекстеуде қолданылуы мүмкін функционалды оптикалық құрылымдардың жаңа класы пайда болады. SUSY түрлендірулері оптикадағы кері шашырау мәселелерін шешу тәсілі ретінде, сондай-ақ бірөлшемді түрлендіру оптикасы ретінде де ұсынылды.

Динамикалық жүйелердегі суперсимметрия

Барлық стохастикалық (ішінара) дифференциалдық теңдеулер, барлық типтегі үздіксіз уақыт динамикалық жүйелерінің модельдері, топологиялық суперсимметрияға ие. Стохастикалық эволюцияның операторлық өрнектелуінде топологиялық суперсимметрия – фазалық кеңістіктің SDE-мен анықталған диффеоморфизмдері арқылы дифференциалдық формаларға индукцияланған, стохастикалық орташамен алынған кері тартым ретінде анықталған стохастикалық эволюция операторымен коммутативті сыртқы туынды болып табылады. Осылайша пайда болатын суперсимметриялық теорияның топологиялық секторы стохастикалық динамиканың Виттен типіндегі топологиялық өріс теориясы ретінде танылуы мүмкін. Динамикалық жүйелердегі топологиялық суперсимметрияның мағынасы – фазалық кеңістіктің үздіксіздігін сақтау, яғни шудың болуына қарамастан, үздіксіз уақыт эволюциясы кезінде шексіз жақын нүктелер жақын күйде қалады. Топологиялық суперсимметрия спонтанды түрде бұзылған жағдайда, бұл қасиет шексіз ұзақ уақыт эволюциясының лимитінде бұзылады және модель көбелек эффектісін (стохастикалық жалпылау) көрсетеді деуге болады. Әлдеқандай жалпы перспективадан қарағанда, топологиялық суперсимметрияның спонтанды бұзылуы – хаос, турбуленттілік, өзін-өзі ұйымдастырушы сындылық және т.б. сияқты кең таралған динамикалық құбылыстың теориялық мәні болып табылады. Голдстоун теоремасы шу, көбелек эффектісі және жер сілкінісі, нейроаваланштер және күн жарқындары сияқты кенеттен (инстантондық) процестердің масштабсыз статистикасы ретінде көрінетін ұзақ қашықтықтағы динамикалық мінез-құлықтың пайда болуын түсіндіреді, бұл Зипф заңы және Рихтер шкаласы ретінде белгілі.

Математикадағы суперсимметрия

СУСИ кейде математикалық тұрғыдан да зерттеледі, оның ішкі қасиеттері үшін. Бұл себебі ол холоморфия деп аталатын қасиетті қанағаттандыратын күрделі өрістерді сипаттайды, бұл холоморфты шамаларды нақты есептеуге мүмкіндік береді. Осылайша, суперсимметриялық модельдер нақтырақ теориялардың "үлгілік модельдері" ретінде пайдалы болады. Мұның жарқын мысалы – төрт өлшемді өлшегіш теорияларда бөлшектер мен монопольдерді алмастыратын S-дуалдығының көрсетілуі. Суперсимметриялық кванттық механиканы қолдану арқылы Атиях-Сингер индексі теоремасын дәлелдеу әлдеқайда жеңілдетілген.

Сызық теориясындағы суперсимметрия

Суперсимметрия – барлық нәрсенің мүмкін теориясы – Стронг теориясының ажырамас бөлігі. Стронг теориясының екі түрі бар: суперсимметриялық, немесе суперсыбық теориясы және суперсимметриялық емес стронг теориясы. Суперсыбық теориясының анықтамасы бойынша, суперсимметрия белгілі бір деңгейде қажет. Алайда, тіпті суперсимметриялық емес стронг теориясында да, физикалық тахиондардың пайда болмауын қамтамасыз ету үшін теорияда «бұрыс реттелген суперсимметрия» деп аталатын суперсимметрия түрі әлі де қажет. Суперсимметриясы жоқ кез келген стронг теориясы, мысалы, бозондық стронг теориясы және гетеротикалық стронг теориялары тахионға ие болады, сондықтан кеңістік-уақыттың өзі тұрақсыз болады және кейбір тахионсыз стронг теориясына, әдетте, төменгі кеңістік-уақыт өлшемінде ыдырайды. Суперсимметрия немесе бұрыс реттелген суперсимметрия біздің ғаламда бар екеніне эксперименталды дәлел жоқ, және көптеген физиктер суперсимметрия мен стронг теориясынан толықтай LHC-де суперсимметрияны анықтамауына байланысты бас тартышты. LHC-де суперсимметрияның нәтижесіз болуына қарамастан, кейбір бөлшектер физиктері Стандартты модельдің кейбір суперсимметриялық кеңейтулері үшін табиғилық дағдарысын шешу үшін стронг теориясына көшті. Физиктердің пікірінше, стронг теориясында «жіптік табиғилық» деген ұғым бар, онда стронг теориясының ландшафты жұмсақ SUSY бұзу шарттарына статистикалық тартымдылық күшіне ие болуы мүмкін, бұл оларды үлкен мәндерге итеруі мүмкін (жұмсақ шарттарға үлес қосатын жасырын сектор SUSY бұзу өрістерінің санына байланысты). Егер бұл антропогендік талаппен бірге болса, әлсіз масштабқа үлес 2 мен 5 арасындағы коэффициенттен аспауы керек (Агравал және авторлар айтқандай), онда Хиггс массасы 125 ГэВ шамасына дейін иеленеді, ал көптеген спартикльдер LHC-нің қазіргі қолжетімділігінен тыс мәндерге иеленеді. Гигсинолар үшін ерекше жағдай орын алады, олар SUSY бұзудан емес, SUSY mu мәселесін шешетін механизмнен масса алады. Қатты бастапқы күйдегі реактивті сәулеленумен байланысты жеңіл гигксино жұптарының өндірісі жұмсақ қарама-қарсы белгілі дилептондарға, плюс реактивке, плюс жоғалған көлденең энергия сигналына әкеледі.

Физикалық бөлшектердің суперсимметриясы

Бөлшектер физикасында Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтілуі – ашылмаған бөлшектер физикасының мүмкін кандидаты болып табылады. Кейбір физиктер оны бөлшектер физикасындағы қазіргі көптеген мәселелерге әдемі шешім деп санайды, егер оның дұрыстығы расталса. Бұл қазіргі теориялардың толық еместігіне сенетін және қазіргі теориялардың шектеулері анықталған түрлі салалардағы мәселелерді шеше алады.

Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтулері

Стандартты модельге суперсимметрияны енгізу үшін бөлшектердің санын екі еселеу қажет, себебі Стандартты модельдегі ешбір бөлшек бір-біріне суперсерік бола алмайды. Жаңа бөлшектер қосылғанда көптеген жаңа өзара әрекеттесулер пайда болуы мүмкін. Стандартты модельге сәйкес келетін ең қарапайым суперсимметриялық модель – Минималды суперсимметриялық стандартты модель (MSSM), ол Стандартты модельдегілердің суперсеріктері бола алатын қажетті қосымша жаңа бөлшектерді қамтиды. Минималды суперсимметриялық стандартты модельге түрткіс берген бастапқы мотивациялардың бірі – иерархия мәселесі. Стандартты модельдегі Хиггс массасының квадратына квадраттық түрде келетін әртүрлі үлестердің салдарынан Хиггс бозонының кванттық-механикалық өзара әрекеттесуі Хиггс массасының үлкен қайта нормалануына алып келеді. Егер кездейсоқ өшіру болмаса, Хиггс массасының табиғи шамасы ең үлкен мүмкін масштабта болады. Сонымен қатар, электрожұқ шкаласы Планк шкаласындағы кванттық түзетулерді қабылдайды. Электрожұқ шкала мен Планк шкаласы арасындағы байқалатын иерархияны ерекше дұрыс реттеу арқылы ғана қол жеткізуге болады. Осы мәселе иерархия мәселесі деп аталады. Электрожұқ шкалаға жақын суперсимметрия, мысалы Минималды суперсимметриялық стандартты модель, Стандартты модельді қиын жағдайға түсіретін иерархия мәселесін шешеді. Ол фермиондық және бозондық Хиггс өзара әрекеттесулері арасындағы автоматты өшірулер арқылы және серіктестер мен суперсеріктестер арасындағы Планк шкаласының кванттық түзетулерін өшіру арқылы кванттық түзетулердің шамасын азайтады (фермиондық циклдармен байланысты минус белгісінің арқасында). Электрожұқ шкала мен Планк шкаласы арасындағы иерархия ерекше дұрыс реттеусіз, табиғи түрде жүзеге асырылады. Егер суперсимметрия әлсіз шкаладе қалпына келтірілсе, Хиггс массасы әлсіз өзара әрекеттесулер мен гравитациялық өзара әрекеттесулердегі әртүрлі масштабтарды түсіндіретін шағын бұзылусыз эффекттерден туындауы мүмкін суперсимметрияның бұзылуымен байланысты болады. Минималды суперсимметриялық стандартты модельге түрткіс берген тағы бір мотивация – үлкен біріктіру, яғни өлшегіштік симметрия топтары жоғары энергияда бірігуі керек деген идея. Алайда, Стандартты модельде әлсіз, күшті және электромагниттік өлшегіштік тұрақтылар жоғары энергияда біріктірілмейді. Әсіресе, Стандартты модельдің үш өлшегіштік тұрақтысының қайта нормалау тобының эволюциясы теорияның қазіргі бөлшектер құрамына біршама сезімтал. Егер стандартты модельді пайдаланып қайта нормалау тобын есептесек, бұл тұрақтылар ортақ энергия шкаласында толықтай кездеспейді. Электрожұқ шкаладағы минималды SUSY енгізілгеннен кейін, өлшегіштік тұрақтылардың өзгеруі өзгертіледі және өлшегіштік тұрақтылардың бірлескен конвергенциясы шамамен 1016 ГэВ-та жүзеге асады деп күтілуде. Суперсимметрияны реалистік теорияға енгізудің стандартты парадигмасы – теорияның негізгі динамикасы суперсимметриялық болуы керек, бірақ теорияның негізгі күйі симметрияны сақтамайды және суперсимметрия спонтанды түрде бұзылады. МССМ бөлшектерінің қазіргі түрінде суперсимметрияны бұзу тұрақты түрде жүзеге асырыла алмайды. Бұл теорияның жаңа секторы бұзуға жауапты дегенді білдіреді. Бұл жаңа сектордың жалғыз шектеуі – ол суперсимметрияны тұрақты түрде бұзуы және супербөлшектерге ТэВ шкаласында масса беруі керек. Мұны жасай алатын көптеген модельдер бар және олардың көптеген егжей-тегжейлі аспектілері маңызды емес. Суперсимметрияны бұзудың тиісті ерекшеліктерін параметрлеу үшін теорияға кездейсоқ жұмсақ SUSY бұзу терминдері қосылады, олар SUSY-ді уақытша бұзады, бірақ суперсимметрияны бұзудың толық теориясынан ешқашан туындамайды.

Суперсимметрияны іздеу және шектеу

Стандартты модельдің SUSY кеңейтулері әртүрлі эксперименттермен шектеледі, соның ішінде төмен энергиялы өлшемдер – мысалы, Фермилабтағы мюонның аномальді магниттік моменті; WMAP қараңғы материя тығыздығының өлшемі және тікелей анықтау эксперименттері – мысалы, XENON 100 және LUX; сондай-ақ бөлшектерді шағылыстырғыштарындағы эксперименттер, соның ішінде B физикасы, Хиггс феноменологиясы және үлкен электрон-позитрон шағылыстырғышында, Теватронда және ЖЭЖ-де суперсеріктерді (sparticles) тікелей іздеу. Шындығында, CERN егер Стандартты модельдің суперсимметриялық моделі "дұрыс болса, суперсимметриялық бөлшектер ЖЭЖ-дегі соқтығысуларда пайда болуы керек" деп мәлімдейді. Тарихи тұрғыдан алғанда, ең қатаң шектеулер шағылыстырғыштардағы тікелей өндірістен алынған. Кварктар мен глюинолардың алғашқы массалық шектері CERN-де UA1 және UA2 эксперименттерімен Super Proton Synchrotron-да белгіленген. LEP кейіннен өте қатаң шектеулер қойды, ал 2006 жылы Теватрондағы D0 экспериментімен олар кеңейтілді. 2003 жылдан 2015 жылға дейін WMAP және Planck-тың қараңғы материя тығыздығының өлшемдері Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтулерін күшті шектеді, егер олар қараңғы материяны түсіндірсе, нейтралино тығыздығын жеткілікті түрде азайту үшін белгілі бір механизмды қолдануға қажетті болады. ЖЭЖ жұмысын бастамас бұрын, 2009 жылы CMSSM және NUHM1 деректеріне сәйкес келуі 500-800 ГэВ диапазонында кварктар мен глюинолардың массалары болуы мүмкін екенін көрсетті, бірақ 2,5 ТэВ-қа дейінгі мәндерге төмен ықтималдықпен рұқсат етілді. Нейтралинолар мен слептондардың жеңіл болуы күтілді, ең жеңіл нейтралино мен ең жеңіл стаудың 100 және 150 ГэВ аралығында табылуы мүмкін. ЖЭЖ-нің алғашқы іске қосылуы Үлкен электрон-позитрон шағылыстырғышы және Теватроннан алынған эксперименттік шектеулерден асып, жоғарыда аталған күтілетін диапазонды ішінара жойды. 2011-12 жылдары ЖЭЖ шамамен 125 ГэВ массасы бар Хиггс бозонын ашты, оның фермиондармен және бозондармен байланысы Стандартты модельге сәйкес келеді. MSSM ең жеңіл Хиггс бозонының массасы Z бозонының массасынан көп болмауы керек екенін болжайды және нәзік реттеу болмаған жағдайда (суперсимметрияның бұзылу шкаласы 1 ТэВ шамасында болса) 135 ГэВ-тан аспауы керек. ЖЭЖ Стандартты модельдің бөлігі ретінде бар деп күдіктелген Хиггс бозонынан басқа бұрын белгісіз бөлшектерді таппады, сондықтан Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтуіне ешқандай дәлел жоқ. Балама әдістерге белгілі Стандартты модель бөлшектерінде тұрақты электрлік дипольдық моментті (ЭДМ) іздеу кіреді, ол Стандартты модель бөлшегі суперсимметриялық бөлшектермен өзара әрекеттескен кезде пайда болуы мүмкін. Электронның электрлік дипольдық моментіне қазіргі ең жақсы шектеу оны 10−28 e·см-ден кіші деп санайды, бұл ТэВ шкаласындағы жаңа физикаға сезімталдыққа тең және қазіргі ең жақсы бөлшектерді шағылыстырғыштарының сезімталдығымен сәйкес келеді. Кез келген фундаменталды бөлшектегі тұрақты ЭДМ уақыттың теріске шығарылуын көрсетеді, сондықтан CPT теоремасы арқылы CP симметриясының бұзылуын да көрсетеді. Мұндай ЭДМ эксперименттері дәстүрлі бөлшектерді шағылыстырғыштарға қарағанда әлдеқайда кеңейтілгендікке ие және физиканы стандартты модельден тыс анықтаудың практикалық баламасын ұсынады, өйткені шағылыстыру эксперименттерін ұстау күшейіп, қымбат және күрделі болады. Электронның ЭДМ-нің қазіргі ең жақсы шегі Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтулерінің "наивті" нұсқаларын жоққа шығаратын сезімталдыққа жетті. 2010 жылдардың соңы мен 2020 жылдардың басында космологиялық тұрақты, LIGO шуы және пульсарлар уақыты туралы эксперименттік деректерден алынған зерттеулер стандартты модельде немесе ЖЭЖ-де табылғаннан әлдеқайда көп массасы бар жаңа бөлшектердің болуы өте сирек екенін көрсетеді. Алайда, бұл зерттеу сондай-ақ кванттық гравитация немесе дүрбелеңді кванттық өріс теориясы 1 ПэВ-тен бұрын күшті байланысады, бұл ТэВ-дегі басқа жаңа физикаға әкеледі. Минималды суперсимметриялық стандартты модельдегі "табиғилық дағдарысына" жауап ретінде кейбір зерттеушілер табиғилықты және иерархиялық мәселені суперсимметриямен табиғи түрде шешудің бастапқы мотивациясын тастады, ал басқалары басқа суперсимметриялық модельдерге, мысалы, бөлінген суперсимметрияға көшті. Тағы басқалары табиғилық дағдарысының салдарынан сап теориясына көшті. Алайда, кейбір зерттеушілер бұл "табиғилық" дағдарысы ерте деп болжады, өйткені әртүрлі есептеулер Стандартты модельдің суперсимметриялық кеңейтуінің шешімі ретінде массаның шектері туралы тым оптимистік болды.

Жалпы суперсимметрия

Суперсимметрия теориялық физиканың көптеген байланысты контексттерінде кездеседі. Бірнеше суперсимметриялар болуы мүмкін, сонымен қатар суперсимметриялық қосымша өлшемдер де болуы мүмкін.

Өлшемі әртүрлі сандағы суперсимметрия

Суперсимметрия төрттен басқа өлшемдерде де болуы мүмкін. Спинорлардың қасиеттері әртүрлі өлшемдерде күрт өзгеретіндіктен, әр өлшемнің өзіндік ерекшелігі болады. d өлшемде спинорлардың мөлшері шамамен 2^d/2 немесе 2^(d-1)/2-ге тең. Ең көп суперсимметрия саны 32 болғандықтан, суперсимметриялық теорияның болуы мүмкін өлшемдердің ең көп саны он бір.

Фракциялық суперсимметрия

Фракциялық суперсимметрия — суперсимметрия ұғымының жалпыламасы, онда спиннің ең төменгі оң мәні міндетті түрде 1/2 болмай, N бүтін саны үшін кез келген мән болуы мүмкін. Мұндай жалпылау екі немесе одан аз кеңістік-уақыт өлшемдерінде қолданылады.

Теориялық кіріспе, тегін және онлайн

Since the provided English text and existing translation reference are empty, I cannot provide a translation. Please provide the actual English text you want translated.

Монографиялар

Баер, Х., және Тата, Х., Әлсіз масштабтағы суперсимметрия, Кембридж университетінің баспасы, Кембридж, (1999). Бинетруй, П., Суперсимметрия: Теория, эксперимент және космология, Оксфорд университетінің баспасы, Оксфорд, (2012). Секотти, С., Суперсимметриялық өріс теориялары: Геометриялық құрылымдар және дуалдықтар, Кембридж университетінің баспасы, Кембридж, (2015). Дриз, М., Годбол, Р., және Рой, П., Спартикулдардың теориясы мен феноменологиясы, World Scientific, Сингапур (2005). Дрейнер, Х. К., Хабер, Х. Е., Мартин, С. П., Спинорлардан суперсимметрияға дейін, Кембридж университетінің баспасы, Кембридж, (2023). Дуплидж, С., Сигел, В., және Баггер, Дж., Суперсимметрияның қысқаша энциклопедиясы, Springer, (2003). Фрейд, П. Г. О., Суперсимметрияға кіріспе, Кембридж университетінің баспасы, Кембридж, (1988). Юнкер, Г., Кванттық және статистикалық физикадағы суперсимметриялық әдістер, Springer, (2011). Кейн, Г. Л., Суперсимметрия: Табиғаттың соңғы заңдарын ашу, Basic Books, Нью-Йорк (2001). Кейн, Г. Л., және Шифман, М., ред. Суперсимметриялық әлем: Теорияның бастауы, World Scientific, Сингапур (2000). Мюллер Кирстен, Х. Дж. В., және Видеманн, А., Суперсимметрияға кіріспе, 2-ші басылым, World Scientific, Сингапур (2010). Нат, П., Суперсимметрия, супергравитация және бірігу, Кембридж университетінің баспасы, Кембридж, (2016). Раби, С., Суперсимметриялық Ұлы Біріктірілген Теориялар, Springer, (2017). Тачикава, Y., N=2 Суперсимметриялық динамика, жаяу жүргіншілер үшін, Springer, (2014). Тернинг, Дж., Қазіргі заманғы суперсимметрия: Динамика және дуалдық, Оксфорд университетінің баспасы, Оксфорд, (2009). Вегнер, Ф., Суперматематика және статистикалық физикадағы қолданылуы, Springer, (2016). Вайнберг, С., Далалардың кванттық теориясы, 3-том: Суперсимметрия, Кембридж университетінің баспасы, Кембридж, (1999). Весс, Дж., және Баггер, Дж., Суперсимметрия және супергравитация, Princeton University Press, Принстон, (1992).

Тәжірибелер туралы

Брукхейвен ұлттық зертханасы (8 қаңтар 2004 жыл). Жаңа g-2 өлшемі Стандартты модельден одан да көп ауытқуда. Баспасөз хабарламасы. Ферми ұлттық жеделдеткіш зертханасы (25 қыркүйек 2006 жыл). Ферми лабораториясының CDF ғалымдары B<sub>s</sub> мезонының жылдам өзгеріс қасиетін анықтады. Баспасөз хабарламасы.