Supersymmetri och Modellbyggnad

Forskningsprojekt, 2012 – 2014

Under de närmsta åren förväntas stora förändringar inom partikelfysik på grund av den nya partikelacceleratorn LHC (Large Hadron Collider) vid CERN i Schweiz. Den nuvarande teori som beskriver all känd växelverkan mellan elementarpartiklar är den så kallade standardmodellen, som har varit mycket framgångsrik med att förklara resultaten från alla experiment som hittills har utförts i partikelacceleratorer. Trots standardmodellens succé tror emellertid alla fysiker att vi ännu inte har nått den slutgiltiga teorin. Framförallt ger inte standardmodellen en tillfredsställande förståelse för hur gravitation passar in i bilden, men det finns också direkta bevis för existensen av materia som inte kan beskrivas inom modellen (mörk materia). För att kunna gå vidare och bygga mer omfattande teorier behöver fysiker nya dynamiska principer, ofta i form av nya symmetrier. Supersymmetri är en sådan princip, vilken har potential att förklara, till exempel, vad mörk materia består av. Supersymmetri kan också klargöra vissa teoretiska aspekter av standardmodellen, som exempelvis varför Higgsbosonen (en partikel som ingår i standardmodellen och som nu eftersöks efter på LHC) har en massa som är mycket lättare än den man härleder med en naiv kvantmekaniskt räkning. En experimentell verifiering av supersymmetri på LHC skulle vara en gigantisk framgång för hela området och skulle ge starka indikationer om att vi är på rätt spår i våra försök att konstruera en teori som unifierar alla naturens fundamentala krafter. Det är således oerhört viktigt att studera alla aspekter av supersymmetriska teorier och att förbereda sig på bästa möjliga sätt inför tolkningen av de resultat som kan tänkas komma ur LHC under de närmsta åren. En av de viktigaste teoretiska delar av projektet är det så kallade supersymmetri-brottet. De ursprungliga supersymmetriska modellerna beskriver en värld där det förekommer olika partiklar med samma massa. En sådan värld är inte lik vår egna, men lyckligtvis kan man undvika detta problem genom att bryta symmetrin utan att förlora alla fördelar som symmetrin innebär. Ett enkelt exempel av symmetribrott är en naturlig magnet. Atomfysikens lagar ändras så klart inte under en rotation även om det globala magnetiska fältet pekar i ett viss riktning. Supersymmetri är också en viktig ingrediens inom strängteori. Strängteori föddes i slutet av sextiotalet som ett försök att beskriva hadroner. Detta är partiklar som känner av stark växelverkan, d.v.s. den kraft som binder samman atomkärnan. Protoner och neutroner är de vanligaste hadronerna, men redan under sextiotalet kände man till tiotals liknande partiklar och det verkade omöjligt att alla dessa var elementära. Strängteori utvecklades med avsikten att beskriva alla typer av hadroner som olika vibrationsmoder av en enda fundamental sträng. På sjuttiotalet visade det sig dock att den korrekta teorin för hadroner var en helt annan; nämligen en så kallad icke-abelsk gaugeteori. Samtidigt upptäcktes det att strängteori istället kunde användas för att beskriva gravitation på ett sätt som var förenligt med kvantmekanik. Detta revolutionerande framsteg gjorde strängteori till den ledande teorin i försöken att uppfylla Einsteins dröm om en enad teori för all fundamental växelverkan i naturen. Projektet kommer också att använda vissa aspekter av strängteori som hjälpmedel för att lyfta fram nya möjliga modeller för fysik bortom standardmodellen. Människan har alltid strävat efter att förstå omvärlden och nyfikenheten har varit drivkraften för många utvecklingar inom vårt samhälle. Grundforskning i fysik är en viktig del av detta mål och genom att utforska de lagar som styr de elementära partiklarna hoppas vi att bättre kunna förstå vår plats i Universum.

Deltagare

Finansiering

Relaterade styrkeområden och infrastruktur

Grundläggande vetenskaper

Fundament

Mer information

Skapat