Note : Pour profiter au mieux de cet article, le lecteur devrait avoir de bonnes notions sur le Spin, la physique des particules et la symétrie en physique.La supersymétrie (abrégé en SuSy) est une symétrie supposée de la physique des particules qui postule une relation profonde entre les particules de Spin demi-entier (les fermions) qui constituent la matière et les particules de spin entier (les bosons) véhiculant les interactions. Dans le cadre de la SuSy, chaque fermion est associé à un ou plusieurs « superpartenaires » de spin entier, alors que chaque boson est associé à un ou plusieurs « super-partenaires » de spin demi-entier.
Naissance de la supersymétrie
Théorème No-Go de Coleman et Mandula
Le modèle standard de la physique des particules a été presque entièrement construit grâce aux concepts de symétrie et d'invariance.
L'histoire de la supersymétrie commence dans les Années 1960. A cet époque, l'ensemble des symétries considérées appartenaient au groupe de Poincaré. Des physiciens curieux se sont naturellement posés la question de savoir si ce groupe pouvait être étendu. On s'intéressa notamment à l'extension de la symétrie SU(3) de saveur (à ne pas confondre avec SU(3) de couleur) à SU(6) dans un cadre relativiste. Toutes les tentatives échouent, et un théorème no-go brise tous les espoirs.
Coleman et Mandula publient leur article en 1967. Ils démontrent que le groupe de Poincaré est le groupe de symétrie le plus général de la matrice S. Leur démonstration se fonde sur les hypothèses suivantes :
- Pour une masse M donnée, il existe un nombre fini de type de particules de masse inférieur à M
- Les amplitudes correspondant a des diffusions élastiques sont des fonctions analytiques des variables s (énergie. du centre de masse) et de l'angle de diffusion.
- Soit |p 1 ,p 2 〉 un état à deux particules, S|p 1 ,p 2 〉 ≠ |p 1 ,p 2 〉 sauf pour certaines valeurs isolées de s.
- Les opérateurs de symétrie sont définis à travers leurs relations de commutation, ceux-ci forment une algèbre de Lie.
C'est le dernier point qui va permettre de contourner le no-go théorème afin d'introduire la supersymétrie, dans une super algèbre de lie.
Intérêt phénoménologique
Cadre mathématique
Description
Si on postule l'
invariance de la théorie sous l'algèbre de super Poincaré, qui étend l'algèbre de Poincaré sur laquelle est basée la physique des particules habituelle, alors on peut construire des extensions du modèle standard qui incorporent naturellement la supersymétrie (voir le modèle standard supersymétrique minimal (MSSM).
Le secteur de Higgs, qui est responsable de la génération des masses non nulles pour la matière dans le modèle standard, est également étendu à au moins 5 bosons de Higgs dans le cadre du MSSM.
En 2006, cependant, aucun « super-partenaire » des particules connues n'a encore été observé. Si elle existe, la SUSY doit donc être une symétrie brisée : ceci implique en particulier que les « super-partenaires » doivent avoir des masses différentes de celles de leurs partenaires et qu'il est nécessaire de considérer des phénomènes à des échelles d'énergie élevées afin de restaurer et voir réapparaitre cette symétrie. La mise en route, prévue pour 2008, du LHC devrait permettre de vérifier ou d'invalider l'hypothèse de l'existence de la supersymétrie.
Malgré le fait que le nombre de particules soit doublé, la SUSY possède de nombreux avantages :
- En postulant l'existence de « super-partenaire » de l'ordre du TeV, l'unification de l'Interaction forte, faible et électromagnétique devient possible à une échelle d'énergie de l'ordre de 1016 GeV (échelle de Grande unification) ;
- Cette théorie permet également d'expliquer naturellement pourquoi la masse du Higgs peut être faible (en dessous du TeV) ;
- Elle offre également la possibilité d'expliquer la Matière noire de notre univers par le biais des neutralinos (particules supersymétriques stables interagissant très faiblement avec la matière).
- Dans le cadre de la Cosmologie, elle offre la possibilité d'expliquer la faiblesse de la constante cosmologique.
Notes et références
Voir aussi
- Liste des théories utilisant la supersymétrie
- Brisure de la supersymétrie
- Neutralino
Bilbiographie