Supersimetría y gran unificación

La idea detrás de esto no es solo dibujar líneas bonitas que se cruzan; pero para tener una simetría más grande que incluye todo el modelo estándar (SM).

A cada grupo simple se adjunta una 'constante' de acoplamiento: en el SM tenemos tres de estos porque$G_{SM} = SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$. Los valores de estas 'constantes' de acoplamiento varían con la energía y esto es lo que muestran sus gráficos. Si convergen al mismo valor, significa que en principio puedes encontrar un grupo simple$G_U$que, cuando se rompe en la escala de unificación, te da$G_{SM}$.

Ejemplos de tales grupos unificadores incluyen$SU(5)$,$SO(10)$, y$E_6$.

Por supuesto, no se requiere supersimetría para lograr esto. Pero el hecho de que sí conduzca a (casi) la unificación sin tener que añadir nada es un argumento muy fuerte a su favor.

Esos gráficos proporcionan una forma de distinguir entre el comportamiento de alta energía del modelo estándar y las alternativas a él y las energías experimentalmente accesibles al medir el funcionamiento de las constantes de acoplamiento relevantes en las energías más altas probables.

Aquí se encuentra una discusión de 2014 sobre las perspectivas en el LHC de distinguir entre la expectativa SM y las predicciones SUSY con respecto a las constantes de acoplamiento de fuerza débil y electromagnética . La precisión del nivel porcentual en el rango de escala de energía de 1 TeV-10 TeV sería suficiente para distinguir muchos modelos, incluidos los modelos supersimétricos con supercompañeros razonablemente ligeros del SM, y esto debería ser posible en el LHC antes de que finalice su trabajo.

Las perspectivas de hacer descubrimientos en el LHC midiendo el funcionamiento de la constante de acoplamiento de fuerza fuerte son mucho más débiles. Las diferencias entre su fuerza a energías fácilmente alcanzables como la masa del bosón Z y su fuerza a las energías más altas alcanzables por el LHC, que difieren en un poco más de un orden de magnitud, se calculan fácilmente teóricamente.

Pero, el funcionamiento de la fuerza fuerte es muy difícil de medir con alta precisión.

La diferencia entre el funcionamiento de la constante de acoplamiento de fuerza fuerte en SM y MSSM es menor que las diferencias entre el funcionamiento de las otras dos constantes de acoplamiento, y las diferencias en los valores esperados de la constante de acoplamiento de fuerza fuerte bajo teorías alternativas son bastante pequeñas. relativo a la precisión con la que se puede medir la constante de acoplamiento de fuerza fuerte en un experimento particular. Por lo tanto, es poco probable que el LHC pueda usar la constante de acoplamiento de fuerza fuerte para distinguir entre el modelo estándar y los modelos supersimétricos.

La constante de acoplamiento de la fuerza fuerte, que es 0,1184(7) en la masa del bosón Z (según el Grupo de datos de partículas), sería aproximadamente 0,0969 a 730 GeV y aproximadamente 0,0872 a 1460 GeV, en el modelo estándar y las energías más altas a las que el La constante de acoplamiento de fuerza fuerte podría medirse en el LHC probablemente en esta vecindad.

Por el contrario, en el MSSM, esperaríamos una constante de acoplamiento de fuerza fuerte de alrededor de 0,1024 a 730 GeV (alrededor de un 5,7 % más fuerte) y de alrededor de 0,0952 a 1460 GeV (alrededor de un 9 % más fuerte).

Las mediciones individuales actuales de la constante de acoplamiento de fuerza fuerte a energías de alrededor de 40 GeV y más (es decir, sin ajuste global o promediando sobre múltiples mediciones experimentales en una variedad de escalas de energía), tienen barras de error de más o menos 5% a 10% de la valores medidos.

Sin embargo, incluso una distinción de dos sigma entre la predicción SM y la predicción SUSY requeriría una precisión de medición de aproximadamente el doble de la diferencia porcentual entre la fuerza predicha en los dos modelos, y una confianza de descubrimiento de cinco sigma requeriría que la medición se realice con un 1 %. -2% de precisión (con una precisión algo menor tolerable en escalas de energía más altas).

Es poco probable que esto suceda en cualquier momento durante las ejecuciones planificadas del LHC a menos que haya un avance inesperado en la instrumentación mientras tanto.