Суперсимметрия и великое объединение

Идея заключается не только в том, чтобы рисовать красивые пересекающиеся линии; но иметь большую симметрию, которая включает в себя всю стандартную модель (СМ).

К каждой простой группе привязана «константа» связи: в СМ у нас их три, потому что$G_{SM} = SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$. Значения этих «констант» связи меняются в зависимости от энергии, и это то, что показывают ваши графики. Если они сходятся к одному и тому же значению, значит, в принципе можно найти простую группу$G_U$который при разбиении на шкале объединения дает вам$G_{SM}$.

Примеры таких объединяющих групп включают$SU(5)$,$SO(10)$, и$E_6$.

Конечно, для этого не требуется суперсимметрия. Но тот факт, что он приводит к (почти) унификации без добавления чего-либо, является очень сильным аргументом в его пользу.

Эти диаграммы позволяют провести различие между поведением Стандартной модели и ее альтернатив при высоких энергиях и экспериментально доступными энергиями путем измерения изменения соответствующих констант связи при максимально возможных энергиях.

Обсуждение в 2014 году на LHC перспектив различения ожиданий СМ и предсказаний SUSY в отношении констант связи электромагнитного и слабого взаимодействия можно найти здесь . Точность до уровня процентов в диапазоне шкалы энергий 1 ТэВ-10 ТэВ была бы достаточной, чтобы отличить многие модели, включая суперсимметричные модели с достаточно легкими суперпартнерами от СМ, и это должно быть возможно на БАК до завершения его работы.

Перспективы совершения открытий на LHC путем измерения бегущей константы сильного взаимодействия гораздо слабее. Различия между его силой при легко достижимых энергиях, таких как масса Z-бозона, и его силой при самых высоких энергиях, достижимых на LHC, которые различаются чуть более чем на порядок, легко вычисляются теоретически.

Но действие сильной силы очень трудно измерить с высокой точностью.

Разница между ходом константы сильной силовой связи в СМ и МССМ меньше, чем разница между ходом двух других констант связи, а различия в ожидаемых значениях константы сильной силовой связи в альтернативных теориях довольно малы. Относительная точность, с которой константа сильной силовой связи вообще может быть измерена в конкретном эксперименте. Таким образом, маловероятно, что БАК сможет использовать константу связи сильных сил, чтобы различать Стандартную модель и суперсимметричные модели.

Константа связи сильных сил, равная 0,1184(7) для массы Z-бозона (в соответствии с Группой данных о частицах), будет составлять около 0,0969 при 730 ГэВ и около 0,0872 при 1460 ГэВ в Стандартной модели и самых высоких энергиях, при которых Константа сильной силовой связи может быть измерена на БАК, вероятно, в этой окрестности.

Напротив, в MSSM мы ожидаем, что константа сильной силовой связи составит около 0,1024 при 730 ГэВ (примерно на 5,7% выше) и около 0,0952 при 1460 ГэВ (примерно на 9% выше).

Текущие отдельные измерения константы сильной силовой связи при энергиях около 40 ГэВ и выше (т. е. без глобальной подгонки или усреднения по множеству экспериментальных измерений в различных энергетических масштабах) имеют планки погрешностей от плюс-минус 5% до 10% от измеренные значения.

Но даже разница в два сигма между прогнозом SM и прогнозом SUSY потребует точности измерения, примерно вдвое превышающей процентную разницу между прогнозируемой силой в двух моделях, а достоверность обнаружения в пять сигм потребует, чтобы измерение было выполнено с погрешностью 1%. Точность -2% (с несколько меньшей точностью, допустимой при более высоких масштабах энергии).

Маловероятно, что это произойдет в любое время во время запланированных запусков БАК, если тем временем не произойдет неожиданного прорыва в приборостроении.