التناظر الفائق Supersymmetry

 

في 2012 تم إكمال آخر جزء من الأنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، و الذي يصف المادة و تفاعلاتها، عدا القوة الثقالية ( الجاذبية). وذلك باكتشاف بوزون هيجر. ولكن بالرغم من قوة هذا الأنموذج، إلا أنه لا يجيب عن الكثير من الأسئلة. بالحقيقة إنه لا يصف سوى 4% من الكون، و يبقى الباقي (مادة مظلمة و طاقة مظلمة) لغزا محيرا. عدا عن عدم قدرته على توحيد القوى الثلاثة ( الكهرومغناطيسية و القوتين النوويتين) بشكل واضح. كما أن كتلة بوزون هيجز ليست كما يتنبأ بها الأنموذج القياسي.

إذا بوجد لدينا ما يكفي من الدلائل للاعتقاد بأن الأنموذج القياسي غير كاف لتفسير كل شيء، و بحاجة " لتوسعة" .

أتت التوسعة الأساسية للأنموذج القياسي من مفهوم يحبة الفيزيائيون النظريون بشدة ، ألا وهو التناظر. الأنموذج القياسي نفسه مليء بالتناظر. و لكن أخذ العلماء هذا المفهوم لحدود أخرى، ألا و وهو التناظر الفائق (Supersymmetry). و لكن قبل الخوض بفكرة التناظر الفائق، علينا فهم معنى التناظر.

 

ما هو التناظر:

يمكننا تعريف التناظر بشكل دقيق كالتالي: عدم التغير في جملة إن حدث تحويل ما.

مثلا، المربع لو قمنا بتدويره بزاوية قائمة، فإن شكله سيكون لن يتغير، و نسمي هذا تناظرا بالنسبة للتدوير . Rotational Symmetry

يوجد الكثير ن أشكال التناظر و هس أساس مهم جدا في الفيزياء النظرية .

 

ما هو التناظر الفائق؟

لو نظرنا للأنموذج القياسي ، سنجده مكون بشكل أساسي من مجموعتين : الفيرميونات، و البوزونات. الفيرميونات هي التي تكون المادة... أما البوزونات فهي جسيمات حاملة للقوى.

التناظر الفائق ليس نظرية، بل (مبدأ) ينص أن معادلات الحركة لكل من البوزونات و الفيرميونات لا تتغير لو تم تبديلهما. بصيغة أخرى، إن لكل بوزون يوجد فيرمون مقابل و العكس. و كأنه يوجد نسخة أخرى من الأنموذج القياسي مكونه من جسيمات فائقة التناظر SUSY particles.

إذا مبدأ التناظر الفائق ينص أنه لكل جسيمات قوة، جسيمات مادة مرافقة و لكل جسيمات مادة جسيمات قوة مترافقة.

و هكذا يحقق مفهمو التناظر الفائق وحدة بين القوة و المادة .

 

لماذا التناظر الفائق ؟

يساهم مبدأ التناظر الفائق بالإجابة عن الكثير من الأسئلة، من المبادئ التي تغري الفيزيائيين كثيرا. حيث يوجد أكثر من 10 آلاف ورقة علمية منشورة حول التناظر الفائق.

يجيب التناظر الفائق على الأسئلة التالية:

1) لماذا كتلة بوزون هيجز أقل من المتوقع بالأنموذج القياسي؟

2) ما هي المادة المظلمة؟

3) التوحيد بين القوى الثلاثة GUT

 

يفسر وجود جسيمات فائقة التناظر سبب كون كتلة بوزون هيجز منخفضة نسبيا بما يتوقعه الأنموذج القياسي. و يفترض أن المادة المظلمة التي تكون ~45% l الكون مكونة من جسيم فائق التناظر يعرف ب Lightest Supersymetric Particle )LSP.

أما توحيد القوى، فإن القوى الثلاثة لها مقدار متقارب، و يتقارب هذا المقدار أكثر كلما زاد مستوى الطاقة. و يتطابق ( مشيرا لتوحيد ) بين القوتين الكهرومغناطيسية و الضعيفة. أما القوة القوية، فيبدو أنها لا تتطابق معهما. إدخال التناظر الفائق يوجد نقطة تتطابق بين مقدار القوى الثلاثة محدثا توحيد بينهما أو كما يسمى Grand Unification Theory

 

الكشف عن التناظر الفائق:

 

أين تلك الجسيمات الفائقة التناظر؟ لماذا لم نرصد أيا منها بعد ؟

النظريات الحالية، تفترض كتلة كبيرة لتلك الجسيمات مما يعني أنها غير مستقرة. لذلك نحتاج لإنتاجها في مسرعات الجسيمات. الأعين متوجهة نحو مصادم الهيدرون الكبير LHC في 2015 حيث سيعاد تشغيله بأقصى قدرة لديه. للبحث عن تلك الجسيمات.

بالجدير بالذكر، أن التناظر الفائق مبدأ، و يوجد الكثير من النماذج المبنية عليه. إثبات خطأ نموذج لا يلغي المبدأ.

 

المصادر:

 

http://arxiv.org/abs/hep-ph/0607301

https://inspirehep.net/record/1081238/plots?ln=en

http://home.web.cern.ch/about/physics/supersymmetry

http://arxiv.org/abs/hep-ph/0505105