Anzeichen von Supersymmetrie und damit dunkler Materie am CERN

Der Large Hadron Collider am CERN ist nach einer zweijährigen Pause gerade neu gestartet worden und läuft jetzt mit beispiellosen Werten von 6,5 TeV, mit Kollisionen, die bis zu 13,5 TeV freisetzen werden. Mit dieser Energiesteigerung können weitaus massivere Teilchen erzeugt werden, als dies physikalisch vor 3 Jahren möglich war. Die Hauptaufgabe besteht nun darin, zu versuchen, die Existenz der Supersymmetrie-Hypothese zu beweisen, die dann die Lösung für die Natur der Dunklen Materie liefern könnte.

Meine Frage ist also: Welche Anzeichen von Supersymmetrie hoffen sie am CERN zu finden (dh was stellt ein Zeichen von Supersymmetrie dar) und in welcher Beziehung steht dies zur Lösung der Natur der Dunklen Materie?

Sie hoffen, absolut etwas Unerwartetes zu finden, oder der LHC wird das Ende der Fahnenstange sein, wenn es darum geht, mehr Geld von den Regierungen zu bekommen

Antworten (1)

Obwohl Supersymmetry (SUSY) – unter bestimmten Annahmen – die Existenz eines Kandidaten für Dunkle Materie (DM) vorhersagt, sind die Signale für DM nicht spezifisch für SUSY.

  1. Erstens, wie man DM am LHC erkennt:

    DM wird durch die Experimente nicht direkt nachgewiesen, da angenommen wird (vernünftige Annahme), dass es nicht mit normaler Materie interagiert. Daher ist die einzige Möglichkeit, es zu erkennen, die sogenannte fehlende Energie (oder fehlende P T , Querimpulse), was anzeigt, dass neutrale Teilchen erzeugt werden. Es ist nichts Magisches daran, unsichtbare Materie zu erzeugen, schauen Sie sich zum Beispiel Neutrinos an. Insofern sind Neutrinos die einzigen Bestandteile unsichtbarer Materie, die an Collidern produziert werden, so dass beispielsweise der Large Electron Positron Collider (LEP) unter der Annahme der verbleibenden bis zu diesem Zeitpunkt entdeckten Standardmodell (SM)-Teilchen schlussfolgerte, dass es 3 Geschmacksrichtungen/Familien von Neutrinos gibt . Dies ist eine bemerkenswerte Leistung und steht im Einklang mit den kosmologischen Grenzen für effektive leichte Neutrinos (unterhalb der schwachen Skalenmasse). Es ist eine notwendige Voraussetzung für die Entdeckung der Dunklen Materie, wenn Energie fehlt , die nicht allein durch die SM-Neutrinos erklärt werden kann. Es reicht nicht aus, der Collider-Erkennung zu entkommen, um seine DM zu behaupten, es muss auch auf kosmologischen Skalen stabil sein ( T ≳ 10 25 Sek ), und so muss ein positives Signal von Collider-Detektoren durch andere Experimente (zum Beispiel die sogenannten direkten Suchen) untermauert werden.

  2. Anzeichen von SUSY.

    Die obige Anforderung für einen DM-Kandidaten impliziert nicht SUSY, was impliziert, dass SUSY das supersymmetrische Teilchenspektrum ist. SUSY sagt eine Reihe neuer Felder mit SM-Quantenzahlen voraus, die sich mit denen der derzeit bekannten Materie wiederholen, jedoch mit nicht übereinstimmenden Spins (also ein Elektron als skalarer Partner und ein Eichboson als Fermion-Partner usw.). Dies ist das einzige und eindeutige Zeichen für SUSY. Der einzige Weg, SUSY zu entdecken, besteht darin, diese Replikation von SM-Zuständen mit unterschiedlichen Spins zu sehen .

  3. Wie kann man die beiden vereinbaren?

    Obwohl die meisten SUSY-Modelle einen DM-Kandidaten vorhersagen, gibt es viele SUSY-Modelle ohne DM, und dies muss durch eine andere Physik erklärt werden. Damit SUSY für DM verantwortlich ist, muss das SUSY-Modell eine sogenannte R-Parität (oder eine Art Materieparität) haben, und in diesem Fall zerfällt das leichteste SUSY-Teilchen (LSP) nicht und ist neutral Sie hat alle Zutaten, um DM zu sein. Wenn dies passiert (was durch das Zusammenspiel der SUSY-Partner überprüft werden kann), hat SUSY sofort einen DM-Kandidaten. Wenn nicht, reicht SUSY allein nicht aus, um DM zu erklären, und man muss darüber hinausgehen, wie Strings, die Moduli und Axionen liefern, wobei letztere allgemein als guter DM-Kandidat angesehen werden.

Unter dem Strich kann der LHC positive DM-Kandidatensignale geben, die noch auf realistisches DM überprüft werden müssen. In Bezug auf SUSY, wenn das gesamte SUSY-Spektrum entdeckt wird, ist es wahrscheinlich, dass SUSY existiert, aber die Beziehung zu DM ist nicht unmittelbar und ist bisher modellabhängig.

Verweise

http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-light-neutrino-types.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter#Detection

http://en.wikipedia.org/wiki/R-Parität

http://en.wikipedia.org/wiki/Lightest_Supersymmetric_Particle

„Dunkle Materie wird dann entdeckt, wenn Energie fehlt, die nicht allein den SM-Neutrinos zugeschrieben werden kann“ – das Entkommen aus dem Detektor impliziert Stabilität auf Collider-Zeitskalen. Dunkle Materie erfordert neben anderen nicht trivialen Einschränkungen Stabilität auf kosmologischen Zeitskalen. Ich würde nicht zustimmen, dass unerklärliche MET gleichbedeutend mit der Entdeckung von DM war.
Dunkle Materie muss dem Collider entkommen, um ein Kandidat zu sein, das ist eine notwendige Bedingung. Ausreichende Bedingungen müssen von anderen Versuchsaufbauten überprüft werden, ich werde den Text zur Klarstellung bearbeiten, danke.
Wäre das Selectron (zum Beispiel) nicht als Resonanz nachweisbar, die im SM unerklärt ist?
Alles, was neu beobachtet wird, kann im Prinzip aus vielen verschiedenen Theorien stammen, deshalb habe ich das gesamte Spektrum (Sleptons, Higgsinos, Gauginos) erwähnt. Auch wenn Sie argumentieren könnten, dass eine andere Theorie solche Zustände vorhersagen würde, kenne ich keine Theorie, die dasselbe Spektrum wie SUSY vorhersagt, und es ist nicht SUSY ... außerdem ist "SUSY-Spektrum" ein modellabhängiges Substantiv (MSSM, SO (10) SUSY GUT, E6MSSM usw. variieren alle in ihrem Spektrum).
Anzeichen von Supersymmetrie und damit dunkler Materie am CERN
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