Supersimetria

Según el modelo estándar (SM, de sus siglas en inglés) de la física de partículas, la materia está formada por fermiones (a su vez divididos en quarks y leptones), y por bosones que son las partículas que transmiten las interacciones fundamentales de la naturaleza (interacción electromagnética, interacción nuclear fuerte e interacción nuclear débil). La supersimetría extiende el número de partículas del SM de forma que a cada partícula le corresponde una compañera supersimétrica denominada super compañera. Así, cada bosón tiene una super compañera fermión y viceversa. Las super compañeras de los fermiones son bosones y reciben nombres que comienzan con la letra s; así, el electrón tiene como super compañera el selectrón, y los quarks, los squarks. Las super compañeras de los bosones son fermiones con nombres que terminan en -ino, así la del fotón es el fotino y la del gravitón (si se incluye la gravedad en el modelo), el gravitino. La extensión mínima del modelo estándar que incluye supersimetría se conoce como MSSM (del inglés: Minimal Supersymmetric Standard Model). Sin embargo, debido a que dichas compañeras supersimétricas aún no han podido ser creadas en el laboratorio, sus masas deben ser mucho mayores que las de las partículas originales. Esto implica que la supersimetría, de ser cierta, está rota por algún mecanismo. La especificación de dicho mecanismo da lugar a diversas simplificaciones del MSSM. Algunas partículas supersimétricas, como el neutralino, podrían explicar el problema de la materia oscura del universo. Gracias al gran potencial de poder explicar muchas preguntas de la Física de Partículas y de la Astrofísica, la teoría de la supersimetría posee una gran popularidad, principalmente en la Física Teórica. La mayoría de las teorías científicas populares, la Teoría de la gran unificación y de la Teoría de supercuerdas, son supersimétricas. Sin embargo, a pesar de los argumentos teóricos alentadores, hasta ahora no se ha podido demostrar experimentalmente que la supersimetría existe realmente en la naturaleza.

El primer modelo en la física de partículas fue presentado en el año 1973 por Julius Wess y Bruno Zumino.2 Este modelo, conocido con el nombre de Modelo de Wess-Zumino, no es un modelo real de la naturaleza, sino más bien, un modelo mínimo supersimétrico con solo un Fermión y su super compañero Boson. A pesar de que el modelo de Wess-Zumino no representa un modelo físico real, sirve por su sencillez de modelo ejemplo para mostrar ciertos aspectos de los modelos físicos supersimétricos. El primer modelo supersimétrico compatible con el modelo estándar de la física de partículas llamado Modelo Mínimo Estándar Supersimétrico (MSSM), fue enunciado en el año 1981 por Howard Georgi y Savas Dimopoulos. Según el MSSM, las masas de los super compañeros se podrán observar en la región entre 100 GeV hasta 1 TeV mediante el acelerador de partículas conocido como "gran colisionador de hadrones" (en inglés, Large Hadron Collider, LHC), terminado de construir en el año 2008 en la frontera franco-suiza. Los científicos esperan poder demostrar mediante el LHC la existencia de los super compañeros de las partículas elementales ya conocidas.

Recientes mediciones sobre las colisiones en el LHC no han dado pistas sobre la existencia de las partículas predichas por la supersimetría lo que resulta ser un gran golpe a la teoría ya que aunque no la desecha por completo representa en gran medida re-inventar modelos como el anteriormente citado (Wess-Zumino) ya que en los rangos energéticos propuestos no se ha encontrado nada aún, aunque cabe esperar puesto que no son datos definitivos pero si con altas probabilidades estadísticas.

Para entender qué esperan los físicos tras el primer gran éxito del gran colisionador de hadrones (LHC) tras la caza del bosón de Higgs, debemos recordar someramente las propiedades que hacen comportarse a las partículas de distintas maneras. Algunas las entendemos porque se manifiestan en nuestro mundo macroscópico: la citada masa o la carga eléctrica. Pero hay otra característica fundamental menos intuitiva: el espín. Tanto su nombre como el propio concepto introducido en los años veinte para explicar las características de la luz que emitían algunos gases hacen referencia a un movimiento de giro, una especie de momento angular. Sin embargo, todo se complica en el mundo subatómico, regido por las leyes cuánticas: las partículas no son realmente bolas que giran, sino regiones de diferente probabilidad según las ecuaciones que gobiernan su estado. Además, también son ondas... En cualquier caso, como la masa o la carga, el espín caracteriza a los ingredientes básicos de la naturaleza, y posee valores discretos, múltiplos de una unidad fundamental. Si ese giro tiene un valor entero –0, 1, 2 o 3–, las partículas se comportan de una forma determinada, y si es semientero –1/2, 3/2 o 5/2–, de otra. Las primeras, llamadas bosones, son el fotón; los bosones de Higgs, W y Z; los gluones; los gravitones, hipotéticas partículas de la gravedad; y algunos núcleos atómicos, como el del carbono-12. Al segundo grupo, el de los fermiones, pertenecen los electrones, los muones, los neutrinos, los quarks o el núcleo del carbono-13. Todas las partículas elementales son idénticas cuando están aisladas: dos electrones recolectados en lugares alejados del universo resultan indistinguibles. Pero al agruparse, el espín cuenta. Así, los fermiones se estructuran de una manera ordenada, en diferentes estados cuánticos. Esto es lo que pasa, por ejemplo, con los citados electrones, que adoptan energías y órbitas determinadas en torno a un núcleo atómico. Los bosones, sin embargo, tienen menos problemas: pueden juntarse –e, incluso, condensarse a bajas temperaturas– en el mismo estado cuántico, de manera más promiscua. La estadística que desarrolló el físico indio Satyendra Nath Bose en 1920, luego ampliada por Albert Einstein, permitió entender la importante diferencia. Esto, desde el punto de vista de la mecánica cuántica, se considera algo incómodo, porque quizá en otras condiciones –por ejemplo, a energías más altas– actuarían de manera similar. No es una intuición baladí: las roturas de simetría han hecho posible que la física actual sea muy precisa y haya creado un modelo estándar coherente, aunque incompleto, como ya se ha dicho. A comienzos de los años 80, se pensó que quizá cada partícula conocida tuviera una melliza oculta, lo que restauraría de alguna manera el equilibrio. Se distinguirían por su espín, que cambiaría de entero a semientero –de bosón a fermión– o al revés. Este tipo de hipótesis ha funcionado muy bien en la física desde 1932, cuando el británico Paul M. Dirac propuso la existencia de un correlato del electrón, pero con carga positiva: el positrón. La idea de las antipartículas –aquí se invierte la carga eléctrica– fue comprobada fuera de toda duda.