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miércoles, 16 de abril de 2014

Supersimetría

DIALOGO CON DANIEL LOPEZ, DOCTOR EN FISICA

En busca de la identidad de las partículas

La supersimetría representa la correspondencia entre los tipos de partículas elementales que existen en la naturaleza: los bosones y los fermiones. El modelo estándar de Higgs arroja luz en este sentido y permite describir de dónde proviene la masa de las partículas.

por Leonardo Moledo
–Cuénteme qué es lo que hace.
–Yo trabajo en lo que se llama supersimetría, física más allá del modelo estándar de partículas. Para empezar a hablar de eso tendríamos que hablar primero un poco del modelo estándar, justamente.
–Me parece bien.
–Y también tenemos que hablar de la física de Higgs, que tiene hoy la mayor relevancia. Está en boca de todo el mundo que se descubrió el bosón, y eso para la física de partículas es importantísimo. Gracias al descubrimiento podemos saber de dónde vienen las masas de las partículas.
–¿Pero comprendemos por qué el bosón de Higgs hace que una partícula tenga más masa que otra?
–Lo puedo explicar con una analogía que le gusta mucho al propio Higgs. Imagínese un espacio lleno de periodistas: yo paso por allí y nadie se me acerca ni me dice nada, mi movimiento es rápido y, como el peso se puede pensar como resistencia al movimiento, peso poco. En cambio, si entra una estrella de la farándula, los periodistas se le van a abalanzar y va a “pesar” mucho (le va a costar mucho moverse). Imagínese entonces que los periodistas son como los bosones, yo soy el electrón y la estrella de la farándula es el protón. El protón pesa más que el electrón porque le cuesta mucho más ser movido. El Higgs se asocia con las partículas, salvo con algunas que van como libremente: el fotón, por ejemplo, que no tiene masa, no siente la presencia del Higgs. Sin embargo, hay otras partículas que sienten que el Higgs existe; algunas lo sienten más, otras menos, y eso es lo que hace que sean más lentas o más rápidas. Esa es la idea general. El propio Higgs siente el campo y también, por eso, tiene una masa. Ese es el origen, entonces, de la masa de las partículas: están sintiendo la masa del Higgs.
–¿Se lo encontró o no se lo encontró? Porque las noticias fueron un poco confusas.
–En realidad no es que fueran confusas; el anuncio fue que se lo encontró. Lo que pasa es que los experimentadores siempre son muy cautos. No van a asegurar que es realmente el Higgs hasta que estén completamente seguros, pero eso ya ha sucedido. Ellos querían determinar absolutamente todas las propiedades para que no hubiera ninguna duda de que fuera el bosón.
–¿Cómo se sabe que efectivamente era el bosón?
–Por la forma en que decae. La cuestión que queda ahora abierta es si es el Higgs del modelo estándar, del modelo mínimo que explica todo, o si es un Higgs un poco más raro. A partir del hallazgo, entonces, podemos empezar a ver si se comporta distinto de lo que prevé el modelo estándar, que es el modelo más simple y feliz. Pero se comporta muy acorde con eso; fíjese que las masas de todas las partículas que describe el modelo no tienen un origen arbitrario, sino que vienen todas dadas por el Higgs. Cuanto más se acopla, más masa va a tener, y eso da un patrón de cómo se comporta el Higgs, que es muy particular.
–¿Por qué una partícula se va a acoplar más que otra?
–Porque hay algunos acoples que son libres, que son a determinar, son algo fundamental de la teoría que hay que describir. Hay partículas a las que les “gusta” acoplarse más, otras a las que les “gusta” acoplarse menos, y eso hay que medirlo. Lo importante es que hay una partícula que les da la masa a las demás; no es que la masa sea algo aparte, sino que es una propiedad que adquieren por su interacción.
–¿Y cómo interactúa usted con eso?
–Yo trabajo con la supersimetría. Es una simetría de la naturaleza, tal como las que estamos acostumbrados a ver: algo totalmente esférico, una pelota perfecta, o quizás imperfecta pero con imperfecciones importantes. Las simetrías no siempre son exactas, a veces son sutilmente inexactas. La supersimetría, justamente, es una simetría que estaría rota. La supersimetría supone que todas las partículas que conocemos tienen un compañero.
–¿A qué se refiere con “compañero”? ¿Están descriptos en el modelo estándar?
–No. Todos los compañeros son “nuevos”. Todas tendrían una nueva partícula asociada.
–¿Y qué pasa con este compañero?
–Este compañero, como está rota la supersimetría, tiene una masa. El Higgs formaría parte de ese grupo, tendría masa, pero además tendría la propiedad de darles masa a sus compañeros y a todas las partículas que conocemos. Mejora en cierto sentido la idea que tenemos de dónde salen las masas, porque el origen de estas masas sería la ruptura de esta simetría. Hay muchos modelos supersimétricos, pero lo que uno debería hacer es buscar modelos “mínimos”, es decir, modelos que expliquen la mayor cantidad de fenómenos al menor costo posible. Modelos mínimos está el Modelo Mínimo Supersimétrico, que es completamente mínimo: lo que hace es agarrar las partículas del modelo estándar y decir que hay el doble de partículas. Eso lleva a dos cosas: lo primero es que no se puede explicar la física de los neutrinos, problema que ya tiene el modelo estándar. Lo segundo es que hace una predicción muy concreta para la materia oscura. El modelo estándar tiene dos cosas que no puede explicar: una es la física de los neutrinos, que se puede arreglar. Las partículas se pueden distinguir en dos grupos: las que intuitivamente las asociamos con una fuerza y las que intuitivamente las asociamos con una materia conocida. La supersimetría lo que va a hacer, justamente, es una simetría entre ambas, pero no entre las que conocemos. Las partículas de materia, entonces, tienen todas una parte derecha y una parte izquierda (todas menos el neutrino). Una forma de darle masa es agregarle la parte derecha, haciendo que el neutrino tenga masa, pero la gente inventó muchísimas modificaciones para darles masa a los neutrinos. Lo que le decía es que el modelo mínimo no tiene masa para los neutrinos, pero además dice que una partícula va a ser completamente estable y va a ser candidato a materia oscura.
–La materia oscura...
–Cuando uno mira a gran escala las galaxias, uno ve que se comportan a gran escala de manera rara y no rotan de acuerdo con la masa que uno supone que tienen, sino que rotan como si tuvieran más masa. Cuando uno mira un conjunto de galaxias pasa lo mismo, y lo mismo si observa todo el universo. Eso se debe a la materia oscura. Justamente en su versión más simple, la supersimetría dice que hay una partícula que es completamente estable, que podría ser el compañero de Higgs y que podría ser la partícula que conforma la materia oscura. Y lo mejor de todo es que teóricamente se puede detectar.
–¿Cómo?

–Hay experimentos hechos para detectarla, pero lo cierto es que por ahora no se ha visto nada. Por otro lado, hay otro approach distinto, que consiste en incluir desde el principio los neutrinos derechos, supersimetrizamos eso, escribimos lo más fácil posible, y eso lleva a que el compañero de Higgs no puede ser materia oscura. Hay una cosa que se llama “neutralino”, que es la materia oscura en el modelo mínimo, que no puede ser materia oscura porque no está la simetría que hace que se quede estable para siempre, pero lo que hay es algo muy curioso. La física de neutrinos se produce de forma muy sencilla, porque no sólo sabemos que tienen masa, sino que sabemos que les gusta mucho mezclarse entre sí. Si usted pone solamente neutrinos radicantes puede hacer que se mezclen mucho entre sí, pero tiene que forzar un poco las cosas. El compañero del Higgs forma parte del mecanismo de darles masa a los neutrinos y hace que todo se mezcle de forma muy sencilla. Ese es un patrón que observamos, que los neutrinos se mezclan mucho. Esa es una predicción del modelo que concebimos. Toda la tecnología cambia completamente respecto del modelo mínimo. La materia oscura en principio puede ser el compañero de la gravedad: se llama “gravitino”. Entonces es también un modelo que en cierto sentido es mínimo, pero se llega a conclusiones distintas. Toda la búsqueda de nueva física que ya se venía haciendo hay que hacerla de otra manera. Y ésa es una de las cosas fundamentales en la que estamos trabajando.