CERN'de Bir Gün Keşfedilmesi Muhtemel Model: Süpersimetri Nedir?

Fizikçilerin olmasını çok istediği modellerden biri olan Süpersimetriye dair bilinmesi gerekenler.
CERN'de Bir Gün Keşfedilmesi Muhtemel Model: Süpersimetri Nedir?
Görsel: STFC/Ben Gilliland

cern’de keşfedilmesi muhtemel model süpersimetri, fermiyonlar ve bozonların birbirleriyle değiştirildiklerinde standart model denklemlerinin değişmeden kalacağını varsayar. standart modelin kuarkları ve leptonları iki süpereşler ile birlikte ortaya çıkarlarsa; tüm süpereşlerin daha hafif süpereşlere doğru bozunacağı ve kararlı süpereş parçacıklara ulaşılacağı beklenir. içlerinden en hafif süpereş (lighest supersymmetry particle) olan kararlı parçacığın kara madde adayı olma durumu vardır ancak keşfedilmemiştir.

süpersimetri, standart modelin cevaplayamadığı soruları cevaplayabilen, kendiliğinden ortaya çıkmış bir modeldir. standart model temelde yalnızca elektrozayıf etkileşmeleri açıklar elektro-yeğin etkileşimler ve kütleçekim kuvveti modele dahil değildir.  elektrozayıf simetri kırılımı tam anlamıyla standart model ile anlaşılamamakta. aynı şekilde bu simetri kırılmasından sonra ortaya çıkan higgs mekanizması da standart model ile tam olarak anlaşılabilmiş değil. higgs alanının etkileştiği parçacıkların neden farklı kütlelere sahip oldukları açıklanamaz. hatta model kuarklar neden vardır onu da açıklayamaz. neden üç çeşniye sahip oldukları da.

süpersimetri bu problemlerin birçoğunu kendiliğinden çözer. aslına bakılırsa bu problemlere çözüm olarak matematiksel bir kuram olarak biliminsanları tarafından ortaya atılmamıştır ya da standart modelde olduğu gibi cern deneylerinde ortaya çıkan beklenmeyenlere bir yama olarak. bazı modeller incelenirken tesadüfen farkedilmiştir.

hem standart model ve parçacık fiziğinden problemlerin çoğunu kendiliğinden çözmesi bakımından hem de bir model olarak ortaya atılmamışken tesadüfen fark edilmesi neticesinde birçok biliminsanı tarafından doğanın gerçekten bir parçası olduğu düşünülmekte.

standart model yalnızca elektromanyetik kuvvet ile zayıf kuvveti birleştirdi demiştik. süpersimetri buna ek olarak yeğin kuvveti de çok küçük bir mesafelerde birleştiriyor.
bunun yanında higgs mekanizmasının anlaşılması yolunda süpersimetri sayesinde çok yol katedilmiştir. standart model ancak süpersimetrik olacak şekilde genişletilebilirse higgs alanı ve tüm kütle alma mekanizması rahat bir şekilde açıklanabilecekti. hangi parçacıkların diğerlerine göre çok daha ağır olması gerektiğini bile cern deneylerinden önce öngörmüş ve deneylerden sonra değerler doğrulanmıştır.

yine standart model, w ve z bozonlarının kütlelerinin sıfır olması gerektiğini söyler. ancak hem higgs mekanizması hem de deneysel sonuçlar süpersimetrinin söylediği gibi çıkmaktadır: w ve z bozonları kütlelidir.

standart modelin bir başka sorunu da hiyerarşi problemidir. kuarkların ve leptonların etkileşimleri ile planck ölçeği etkileşimleri arasında bir ayrım olmaması problemidir. standart modelde bir ölçekte oluşan bir etkileşim diğer ölçeği etkilememektedir, bağlantı yoktur.
süpersimetri bu problemi de çözüyor görünmekte.

Görsel: Evren Bilim

süpersimetriye göre fermiyonlar ile bozonları birbirine bağlayan bir simetri olmalı. higgs mekanizması bunu söyler. yukarıda da belirttiğim gibi eğer standart modelin kuarklar ve leptonlar iki süpereşler ile birlikte ortaya çıkarlarsa tüm süpereşlerin bozunmaya aday kararsız parçacıklar olmaları ve onların da kararlı olan en hafif süper eş parçacığa dönüşmeleri beklenir. bu parçacığın cern’de keşfi ile model de doğrulanabilinecektir. bu parçacık nötrinolar gibi kuvvetler ile pek etkileşmezler.

süpersimetriye göre evren ilk oluştuğunda pek çok parçacık vardı. zaman içinde soğumayla birlikte kararsız parçacıklar bozundu ve diğerlerine dönüştü. bu parçacıklardan bazıları (proton, nötron ve elektron) normal maddeyi oluştururken; en hafif süpereş parçacığı ve nötrinoların da karanlık maddeyi oluşturduğu düşünülmektedir. süpersimetrinin öngördüğü parçacık miktarı ile karanlık maddenin ön görülen miktarı şu an için birbiriyle tutarlıdır.

son olarak süpersimetri, evrendeki elektro-yeğin kuvvet cp simetri kırılımını, dolayısıyla bu kırılım ile oluşan ve maddenin zaferiyle sonuçlanan madde-karşı madde asimetrisini açıklayabilir. kuarklar ve elektronların neden nadiren ve uzun sürelerde bozunduklarını, bunun sonucuna göre evrenin dalgalar halinde yok olup, yeniden oluşma sürecine girip girmeyeceğine dair temel soruları da açıklayabilir.

şu an için bildiğim kadarıyla kuantum kütleçekim teorisine dair net bir açıklaması yoktur.
kaynak:maddenin evrimi kitabı

Evrenin Büyük Bir Kısmını Oluşturduğu Düşünülen Karanlık Enerji Nedir?