Supersymmetrie und große Vereinigung

Die Idee dahinter ist nicht nur, hübsche sich kreuzende Linien zu zeichnen; sondern eine größere Symmetrie zu haben, die das gesamte Standardmodell (SM) umfasst.

An jede einfache Gruppe ist eine Kopplungskonstante angehängt: im SM haben wir drei davon, weil$G_{SM} = SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$. Die Werte dieser Kopplungs-„Konstanten“ variieren mit der Energie, und das zeigen Ihre Diagramme. Wenn sie gegen denselben Wert konvergieren, bedeutet dies, dass Sie im Prinzip eine einfache Gruppe finden können$G_U$was Ihnen, wenn es auf der Vereinigungsskala gebrochen wird, gibt$G_{SM}$.

Beispiele für solche Vereinigungsgruppen umfassen$SU(5)$,$SO(10)$, Und$E_6$.

Natürlich ist Supersymmetrie nicht erforderlich, um dies zu erreichen. Aber die Tatsache, dass es zu einer (fast) Vereinheitlichung führt, ohne dass irgendetwas hinzugefügt werden muss, ist ein sehr starkes Argument dafür.

Diese Diagramme bieten eine Möglichkeit, zwischen dem Hochenergieverhalten des Standardmodells und Alternativen dazu und experimentell zugänglichen Energien zu unterscheiden, indem der Lauf der relevanten Kopplungskonstanten bei den höchsten wahrscheinlichen Energien gemessen wird.

Eine Diskussion aus dem Jahr 2014 über die Aussichten am LHC, zwischen der SM-Erwartung und SUSY-Vorhersagen in Bezug auf die elektromagnetischen und schwachen Kraftkopplungskonstanten zu unterscheiden, finden Sie hier . Eine prozentuale Genauigkeit im Bereich der Energieskala von 1 TeV bis 10 TeV würde ausreichen, um viele Modelle, einschließlich supersymmetrischer Modelle mit einigermaßen leichten Superpartnern, vom SM zu unterscheiden, und dies sollte am LHC möglich sein, bevor seine Arbeit abgeschlossen ist.

Deutlich schwächer sind die Aussichten, am LHC durch Messung des Verlaufs der starken Kraftkopplungskonstante Entdeckungen zu machen. Die Unterschiede zwischen seiner Stärke bei leicht erreichbaren Energien wie der Masse des Z-Bosons und seiner Stärke bei den höchsten vom LHC erreichbaren Energien, die sich um etwas mehr als eine Größenordnung unterscheiden, lassen sich theoretisch leicht berechnen.

Aber der Lauf der starken Kraft ist sehr schwierig mit hoher Genauigkeit zu messen.

Der Unterschied zwischen dem Verlauf der Konstante der starken Kraftkopplung in SM und MSSM ist kleiner als der Unterschied zwischen dem Verlauf der anderen beiden Kopplungskonstanten, und die Unterschiede in den erwarteten Werten der Konstante der starken Kraftkopplung unter alternativen Theorien sind recht klein relativ die Genauigkeit, mit der die starke Kraftkopplungskonstante in einem bestimmten Experiment überhaupt gemessen werden kann. Daher ist es unwahrscheinlich, dass der LHC in der Lage sein wird, die Konstante der starken Kraftkopplung zu verwenden, um zwischen dem Standardmodell und supersymmetrischen Modellen zu unterscheiden.

Die starke Kraftkopplungskonstante, die bei der Masse des Z-Bosons 0,1184(7) beträgt (gemäß der Partikeldatengruppe), wäre etwa 0,0969 bei 730 GeV und etwa 0,0872 bei 1460 GeV im Standardmodell und den höchsten Energien, bei denen die Eine starke Kraftkopplungskonstante, die am LHC gemessen werden konnte, liegt wahrscheinlich in dieser Nähe.

Im Gegensatz dazu würden wir im MSSM eine starke Kraftkopplungskonstante von etwa 0,1024 bei 730 GeV (etwa 5,7 % stärker) und etwa 0,0952 bei 1460 GeV (etwa 9 % stärker) erwarten.

Aktuelle Einzelmessungen der Konstante der starken Kraftkopplung bei Energien von etwa 40 GeV und mehr (dh ohne globale Anpassung oder Mittelung über mehrere experimentelle Messungen bei einer Vielzahl von Energieskalen) haben Fehlerbalken von plus oder minus 5 % bis 10 % der Messwerte.

Aber selbst eine Zwei-Sigma-Unterscheidung zwischen der SM-Vorhersage und der SUSY-Vorhersage würde eine Messgenauigkeit von etwa dem Doppelten der prozentualen Differenz zwischen der vorhergesagten Stärke unter den beiden Modellen erfordern, und ein Fünf-Sigma-Entdeckungsvertrauen würde erfordern, dass die Messung mit 1 % durchgeführt wird. -2 % Präzision (wobei etwas weniger Präzision bei höheren Energieskalen tolerierbar ist).

Es ist unwahrscheinlich, dass dies zu irgendeinem Zeitpunkt während der geplanten Läufe des LHC passiert, es sei denn, es gibt in der Zwischenzeit einen unerwarteten Durchbruch der Instrumentierung.