¿Qué sucede si el LHC encuentra SUSY?

¡Una pregunta aún más relevante que la opuesta!

trabajo de los experimentadores

El primer grupo feliz de personas para quienes el descubrimiento de SUSY en el LHC sería espectacular serían los experimentadores. Experimentarían fuegos artificiales de actividad, enfrentándose a la tarea de encontrar tantas supercompañeras como sea posible y medir sus propiedades.

Todas sus masas -y varios otros parámetros- serían nuevas para los teóricos. Tendríamos que aprender muchos números nuevos, actualmente desconocidos, de los experimentos, los llamados parámetros suaves de ruptura de SUSY. Es concebible que las masas muestren algunos patrones, por ejemplo, proporciones de masa, que concuerden con uno de los escenarios de ruptura de la supersimetría. Entonces, algunos de los mecanismos de ruptura de la supersimetría serían compatibles; otros serían finalmente abandonados.

Averiguar la lógica de la interrupción de SUSY

Se necesita una gran cantidad de datos desde los primeros indicios de SUSY hasta el punto del párrafo anterior porque uno necesita ver muchas partículas nuevas y algunas de ellas son inevitablemente más duras que otras. Sin embargo, si se completa este trabajo, sabremos si la interrupción de SUSY está mediada por la mediación de la gravedad, la mediación de anomalías, la mediación de indicadores, la mediación de espejismos o alguna otra cosa.

Sería un trabajo muy interesante para los teóricos y lo más probable es que ya hayan hecho el trabajo esencial para cualquier tipo importante de ruptura de SUSY que pueda observar el LHC. Evidentemente, uno de los esquemas se estudiaría con mucho más detalle si supiéramos que es el correcto. Algún conocimiento sobre el mecanismo de ruptura de SUSY, que se puede adivinar a partir de las masas de los supercompañeros, nos diría mucho sobre la compactación subyacente requerida de la teoría de cuerdas, etc.

Además, el papel de la SUSY recién encontrada para todos los problemas que SUSY es capaz de resolver, que se han discutido bajo la pregunta

¿Qué pasa si el LHC no ve SUSY?

(Me refiero a la materia oscura, la unificación del acoplamiento de calibres y el problema de la jerarquía) también se estudiaría con mucho más detalle. No tengo que volver a enumerarlos porque este texto se volvería muy redundante. Es obvio que si los experimentos respaldaran la existencia de SUSY de baja energía, todas las demás cosas que se esperaba que SUSY resolvieran se estudiarían mucho más seriamente, mucho más materialmente y con mucho más detalle. Algunas de las ventajas de SUSY solo se entienden superficialmente: esta situación debería mejorar.

LHC SUSY descubrimiento y teoría de cuerdas

El descubrimiento de SUSY sería asombroso: el primer descubrimiento de una nueva estructura y simetría del espacio-tiempo desde las aventuras relativistas de Albert Einstein. Sería genial, puede suceder, y los teóricos de cuerdas deben estar preparados para atribuirse el mérito. Sin duda, al menos en el contexto occidental (no soviético), SUSY es hija de la teoría de cuerdas. Primero, fue descubierto por Pierre Ramond en la hoja del mundo bidimensional de una cuerda, antes de que fuera exportado al espacio-tiempo 4D y otros espacio-tiempos de dimensiones superiores y antes de que también fuera encontrado en el espacio-tiempo 10D de la teoría de supercuerdas. Históricamente, la supersimetría fue una de las primeras ideas sorprendentes que los físicos se vieron obligados a descubrir porque la teoría de cuerdas los llevó a descubrirlas.

Se demostraría que todos los críticos de la teoría de cuerdas estaban espectacularmente equivocados; de hecho, gente de mente estrecha que quería evitar que la humanidad descubriera una de las propiedades más fundamentales de la naturaleza; todos pudieron ver de repente que están a la par con los geocentristas y, con suerte, nunca volverían a aparecer en el público. Ganaría una apuesta de 10.000 USD contra un fenomenólogo que estuviera de acuerdo con probabilidades de 100 a 1: este número "desigual" en sí mismo es suficiente para mostrar que algunos de los enemigos de la supersimetría se asemejan a una secta religiosa fundamentalista.

Prevalecería la actitud fenomenológica pragmática y en gran medida no antrópica hacia la teoría de cuerdas. La gente probablemente estaría de acuerdo en que una característica del vacua no tiene que ser "genérica" ​​para que se convierta en realidad. El principio antrópico se desvanecería. Debido a que SUSY de baja energía se convertiría en un hecho, la gente aceptaría que con un poco de conocimiento adicional sobre la realidad utilizada como suposiciones, la supersimetría es una consecuencia de la teoría de cuerdas. Ver

http://motls.blogspot.com/2010/06/why-string-theory-implies-supersymmetry.html
Por qué la teoría de cuerdas implica supersimetría

Mucho conocimiento sobre la probable compactación de la teoría de cuerdas sería mucho más accesible. Los teóricos de cuerdas, que se convertirían en un grupo en rápido crecimiento, muy probablemente convergerían en alguna opinión sobre la teoría de cuerdas heterótica; teoría M heterótica; Teoría M sobre variedades de holonomía G2; mundosbrana de intersección de tipo IIA; o la teoría F sobre los cuádruples de Calabi-Yau es el enfoque más viable de la fenomenología.

He discutido en qué sentido la teoría de cuerdas probablemente implica supersimetría. Ahora, obviamente está interesado en la implicación hipotética opuesta: si la supersimetría implica la teoría de cuerdas. No podemos probar esta implicación como un teorema matemático, pero sería extremadamente persuasivo. En primer lugar, la supergravedad (SUGRA) se convertiría en un componente inevitable de todas las teorías de campo efectivas porque se deriva de la relatividad general (establecida) y la supersimetría (establecida hipotéticamente en nuestro experimento mental).

En este texto,

http://motls.blogspot.com/2008/07/two-roads-from-n8-sugra-to-string.html
Dos caminos desde N=8 SUGRA hasta la teoría de cuerdas,

Argumento que la supergravedad adolece de dos tipos de problemas: inconsistencias no perturbativas; y las limitaciones fenomenológicas inaceptables de su versión máximamente supersimétrica N=8 (que es la única perturbativamente finita). Los intentos de corregir cualquiera de esas limitaciones de la supergravedad conducen inevitablemente a la teoría de cuerdas con su conjunto de herramientas más poderoso. Si desea ver una conferencia de 30 minutos de un medallista de Dirac que explica por qué la supergravedad no se puede desvincular de la teoría de cuerdas y por qué se necesita toda la teoría de cuerdas para preservar la consistencia, vea esta charla de noviembre de 2010 de Michael Greene en Trieste:

http://www.youtube.com/watch?v=UVqCAhLiZDc
http://www.youtube.com/watch?v=S8wSl2R3G1o

De manera similar, en el texto unos párrafos más arriba, argumento que la localidad de la relatividad general implica que deben existir objetos cargados magnéticamente -al menos agujeros negros- y la regla de cuantización de Dirac implica que las cargas deben pertenecer a una red. La elección de la red es equivalente al punto del espacio de módulos de vacío fibroso no equivalente; el grupo de simetría no compacta de SUGRA se divide inevitablemente en su subgrupo de excepción discreta, el grupo de dualidad U. En los límites apropiados del espacio de módulos del vacío no equivalente, podemos derivar la existencia de objetos conocidos de la teoría de cuerdas/M, así como sus excitaciones, y podemos completar el resto de la teoría de cuerdas con argumentos de consistencia.

Cancelación de anomalía Green-Schwarz

Hay una estructura fibrosa más característica que sería necesaria si añadiéramos una suposición más: el mecanismo de Green-Schwarz que mezcla términos de nivel de árbol con términos de un bucle de una manera muy fibrosa, descubierto originalmente por Green y Schwarz en 1984 cuando su descubrimiento provocó la primera revolución de supercuerdas.

Esta mezcla de contribuciones en diferentes órdenes es extremadamente antinatural en la teoría de campos perturbativos. Y tendríamos evidencia de que tiene lugar en la Naturaleza asumiendo que existe al menos un axión o, en términos SUGRA, al menos un supermultiplete lineal. Si hay axiones, que pueden ser necesarios para resolver el problema CP fuerte, también hay nuevos tipos de anomalías (en particular, la "anomalía conforme" de la supergravedad) análogas a las anomalías de 10 dimensiones abordadas por Green y Schwarz en 1984. Se necesitaría una versión en 4 dimensiones del fibroso mecanismo de Green-Schwarz para cancelar esas anomalías.

Los teoremas pueden demostrarse rigurosamente en el vacío altamente simétrico solo, pero no en el mundo real. Sin embargo, en el mundo real, la evidencia de que la teoría de cuerdas es correcta sería abrumadora.

Algo análogo ocurrió hace un par de décadas. El descubrimiento de la$W$y$Z$Los bosones confirmaron simultáneamente el modelo electrodébil de Weinberg/Salam e hicieron "¿cómo se rompe la simetría electrodébil?" la nueva pregunta clave sin respuesta. Todavía no tiene respuesta, y es mucho más desafiante, experimental y teóricamente. El descubrimiento de la supersimetría y un Higgs contribuiría en gran medida a responderla (el escenario estándar en el MSSM se llama "ruptura de simetría electrodébil radiativa").

Análogamente, el descubrimiento de supercompañeros haría que la pregunta clave sin respuesta en la física de partículas fuera "¿cómo se rompe la supersimetría?" En realidad, hay dos partes en esta pregunta: la primera es cómo se rompe la simetría, y la segunda es cómo se "media" esa ruptura con el modelo estándar. (Esta es una historia un tanto técnica, pero el punto es que la ruptura de la supersimetría debe involucrar campos más allá del modelo estándar, junto con algún mecanismo que permita que el modelo estándar sienta la ruptura). La cuestión de cómo se media la ruptura es probablemente sea más fácil de responder que la pregunta de cómo ocurre realmente la ruptura.

Sin embargo, en cualquier caso, estas serán preguntas complicadas que dependerán de la medición precisa de varias masas, junto con muchas conjeturas y, con suerte, algo de suerte. Hay varias buenas ideas para los modelos, pero en ausencia de datos es difícil saber cuáles creer, y todas tienen algunos problemas bastante significativos.