Supersimmetria Una possibile connessione spettrale tra le particelle

Chiunque abbia studiato scienze di base conosce l'atomo: il blocco base della materia come lo conosciamo. Tutti noi, insieme al nostro pianeta, al sistema solare, alle stelle e alle galassie, siamo fatti di atomi. Ma gli atomi stessi sono costruiti da unità molto più piccole chiamate "particelle subatomiche": elettroni, protoni e neutroni. Lo studio di queste e altre particelle subatomiche è chiamato "fisica delle particelle", lo studio della natura e delle interazioni tra queste particelle, che compongono la materia e le radiazioni.

Uno degli argomenti più recenti nella ricerca sulla fisica delle particelle è la "supersimmetria" che, come la teoria delle stringhe, utilizza modelli di stringhe unidimensionali al posto delle particelle per aiutare a spiegare alcuni fenomeni che non sono ancora ben compresi. La teoria dice che all'inizio dell'universo quando si stavano formando le particelle rudimentali, un numero uguale di cosiddette "superparticelle" o "superpartner" sono state create contemporaneamente. Sebbene questa idea non sia ancora provata, i fisici stanno usando strumenti come il Large Hadron Collider per cercare queste superparticelle. Se esistessero, almeno raddoppierebbe il numero di particelle conosciute nel cosmo. Per capire la supersimmetria, è meglio iniziare con uno sguardo alle particelle che siamo conosciuto e compreso nell'universo.

Dividere le particelle subatomiche

Le particelle subatomiche non sono le unità più piccole di materia. Sono costituiti da divisioni ancora più piccole chiamate particelle elementari, che i fisici stessi considerano come eccitazioni dei campi quantistici. In fisica, i campi sono regioni in cui ogni area o punto è influenzato da una forza, come la gravità o l'elettromagnetismo. "Quantum" si riferisce alla quantità minima di qualsiasi entità fisica coinvolta nelle interazioni con altre entità o influenzata da forze. L'energia di un elettrone in un atomo è quantizzata. Una particella di luce, chiamata fotone, è un singolo quanto di luce. Il campo della meccanica quantistica o della fisica quantistica è lo studio di queste unità e il modo in cui le leggi fisiche le influenzano. Oppure, pensalo come lo studio di campi molto piccoli e unità discrete e come sono influenzati dalle forze fisiche.

Particelle e teorie

Tutte le particelle conosciute, comprese le particelle subatomiche, e le loro interazioni sono descritte da una teoria chiamata Modello Standard. Ha 61 particelle elementari che possono combinarsi per formare particelle composite. Non è ancora una descrizione completa della natura, ma dà abbastanza per i fisici delle particelle per cercare di capire alcune regole fondamentali su come è composta la materia, in particolare nell'universo primordiale.

Il modello standard descrive tre delle quattro forze fondamentali nell'universo: la forza elettromagnetica (che si occupa delle interazioni tra particelle cariche elettricamente), la forza debole (che si occupa dell'interazione tra particelle subatomiche che provoca un decadimento radioattivo), e la forza forte (che tiene insieme le particelle a brevi distanze). Non spiega la forza gravitazionale. Come accennato in precedenza, descrive anche le 61 particelle conosciute finora. 

Particelle, forze e supersimmetria

Lo studio delle particelle più piccole e delle forze che le influenzano e le governano ha portato i fisici all'idea della supersimmetria. Sostiene che tutte le particelle nell'universo sono divise in due gruppi: bosoni (che sono suddivisi in bosoni di gauge e un bosone scalare) e fermioni (che vengono sottoclassificati come quark e antiquark, leptoni e anti-leptoni e le loro varie "generazioni). Gli adroni sono composti di più quark. La teoria della supersimmetria presuppone che ci sia una connessione tra tutti questi tipi di particelle e sottotipi. Quindi, per ad esempio, la supersimmetria afferma che un fermione deve esistere per ogni bosone o, per ogni elettrone, suggerisce che esiste un superpartner chiamato "selettrone" e viceversa. Questi superpartner sono collegati tra loro in qualche modo.

La supersimmetria è una teoria elegante, e se si dimostrasse vera, farebbe molto per aiutare i fisici a spiegare appieno i mattoni della materia all'interno del Modello Standard e portare la gravità nell'ovile. Finora, tuttavia, le particelle di superpartner non sono state rilevate negli esperimenti usando il Large Hadron Collider. Ciò non significa che non esistano, ma che non sono ancora stati rilevati. Può anche aiutare i fisici delle particelle a fissare la massa di una particella subatomica di base: il bosone di Higgs (che è una manifestazione di qualcosa chiamato Campo di Higgs). Questa è la particella che dà a tutta la materia la sua massa, quindi è importante comprenderla a fondo.

Perché è importante la supersimmetria?

Il concetto di supersimmetria, sebbene estremamente complesso, è, nel suo cuore, un modo per approfondire le particelle fondamentali che compongono l'universo. Mentre i fisici delle particelle pensano di aver trovato le unità di base della materia nel mondo subatomico, sono ancora molto lontani dalla loro completa comprensione. Quindi, proseguiranno le ricerche sulla natura delle particelle subatomiche e sui loro possibili superpartner.

La supersimmetria può anche aiutare i fisici a concentrarsi sulla natura della materia oscura. È una forma (finora) invisibile della materia che può essere rilevata indirettamente dal suo effetto gravitazionale sulla materia normale. Potrebbe ben capire che le stesse particelle ricercate nella ricerca sulla supersimmetria potrebbero fornire un indizio sulla natura della materia oscura.