¿Qué es eso de la supersimetría?

¿Qué es eso de la supersimetría? Tal vez hayas oído escuchar de esta propuesta conceptual en física de partículas, o tal vez se trate de algo totalmente desconocido, sea como fuere, hoy descubriremos, desde una perspectiva general, qué es efectivamente la supersimetría cuando nos encontramos en el campo de la física cuántica. Veamos pues, las posibilidades que nos ofrece un “superespejo”.

Pero no vayamos tan rápido, pues nos interesa entender el papel central que las simetrías han desempeñado en la física moderna. Y es que si atendemos a las cuatro fuerzas más fundamentales de nuestro universo (fuerza gravitatoria, fuerza electromagnética, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil), nos percataremos de que, precisamente estas, presentan simetría entre ellas. Estas consideraciones en la simetría nos han permitido, entre otras cosas, obtener una comprensión unificada de las interacciones electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Claro está, esto es algo que radica en las matemáticas que hay detrás.

Si os dais cuenta se nos ha quedado la gravedad colgando. Se trata de una ruptura de la simetría, y no solo eso, pues nos estamos topando directamente con el gran problema de la física moderna. Algo nos está diciendo que necesitamos nueva física, y de ser nuestro universo supersimétrico, dispondríamos de una teoría del todo capaz de unificar la gravedad con el resto de interacciones. Este es el gran problema al que se enfrenta la física hoy día: la incapacidad de obtener una teoría única capaz de explicar la gravedad con el resto de interacciones existentes. De todas formas, estas cuestiones ya las planteamos en Las tres encrucijadas.

Ahora bien, ¿por qué supersimetría? Para comprender esta necesidad, debemos adentrarnos en una de las teorías más exitosas de la física hasta la fecha, con predicciones como el momento magnético del electrón, la vida media de un bosón y un largo etcétera… Estamos hablando del modelo estándar de partículas, tema que ya tratamos parcialmente en El mundo cuántico y sus interacciones, no obstante, haremos un pequeño repaso. El modelo estándar es aquella teoría que engloba a todas las partículas elementales y sus interacciones entre ellas. Este consta de dos bloques fundamentales: los fermiones y los bosones. Los fermiones son los ladrillos de nuestro universo, esto es, aquellas partículas encargadas de conformar la materia. Los bosones, por su parte, serían el cemento del cosmos, o en otras palabras, partículas transmisoras de fuerza. Dentro de los fermiones encontramos los quarks (hay seis tipos de quarks) y los leptones. Estos últimos se dividen en los neutrinos, por un lado, y en el electrón, el muon y el tau, por otro. Así mismo, los bosones se encuentran asociados a las cuatro fuerzas fundamentales anteriormente descritas, siendo estos el fotón (fuerza electromagnética), el gluón (fuerza nuclear fuerte) y los bosones gauge (fuerza nuclear débil). Por último, el bosón de Higgs sería el encargado de proporcionar masa a algunas de estas partículas. Todas estas partículas y sus correspondientes antipartículas conforman un cóctel de elementos que interactúan entre sí capaz de explicar nuestro universo a escala cuántica. Esto lo que conocemos como modelo estándar.

Como hemos dicho, el modelo estándar es una teoría con un éxito rotundo dentro de la física, no obstante, esto no quiere decir que no existan algunos vacíos conceptuales que requieran de física más allá del modelo estándar. Despiecemos entonces estos conflictos.

La masa, profundamente relacionada con la gravedad, es una magnitud no cuantificada en lo referente al mundo indivisible de las partículas que, además, supone la diferencia entre algunas de estas. Por ejemplo, dentro del modelo estándar, no encontramos explicación alguna al hecho de que el electrón, el muon y el tau solo muestren diferencias en su masa. La masa se ha convertido en un parámetro de lo más recóndito y enigmático. Como venimos explicando, la imposibilidad de unificar la gravedad con el resto de interacciones es una cuestión que no deja dormir a los físicos.

 A este desconcertante dilema debemos sumarle la complejidad de las interacciones, unas interacciones que, bajo las reglas cuánticas, complican mucho las cosas. Quedaros con esto pues aunque es un tema complicado, resulta muy importante. Lo primordial es entender que tenemos que lidiar con un conglomerado de partículas que enmarañan todo el asunto.

Es en este contexto, donde la supersimetría se nos presenta como “supersolución”. Para visualizar la supersimetría nos ayudaremos de una analogía con un cilindro. Este podríamos proyectarlo sobre un plano de dos dimensiones y obtener un círculo. Sin embargo, si rotamos nuestro cilindro, su proyección se convertiría en un rectángulo. Este efecto inesperado que hemos obtenido en la proyección de un objeto de más dimensiones nos acerca a la forma de actuar de la supersimetría. En la supersimetría, una “rotación” hace posible la transformación de un bosón en un fermión y viceversa. En esencia la supersimetría consiste en añadir una simetría más en torno a un número cuántico: el espín. El espín es una propiedad cuántica que responde a la propia rotación de una partícula, aunque esto no es del todo así, pues no hay una explicación mecánica al respecto. Lo importante es que el espín hace que las partículas adquieran un momento angular que les es intrínseco. Dicho esto, los bosones tienen espín entero (0, 1…) y los fermiones tienen espín semi-entero (1/2, 3/2…). Bien, pues lo que la supersimetría nos plantea es la existencia de “supercompañeras” con espín contrario. O de otra forma, por cada fermión se añade un bosón y por cada bosón se añade un fermión. De esta manera, un sistema supersimétrico duplica el número de partículas del modelo estándar. En el caso de los bosones, las partículas supersimétricas serían fermiones denominados fotino, gluino, zino, wino, gravitino (haciendo referencia la gravitón, partícula teórica asociada a la gravedad) y higgsino. Por otro lado, las “supercompañeras de los fermiones serían bosones que reciben el nombre de selectron, smuon, stau, sneutrino y squarks. Además algunas de estas partículas supersimétricas como el neutralino podrían solucionar el problema de la materia oscura.

Con todo esto acabamos de lograr algo fundamental y es que se produzca una cancelación en la complejidad de las interacciones que comentábamos. Pero para que esto fuese así, las “supercompañeras” deben tener la misma masa que las partículas conocidas y puesto que en el LHC no se ha encontrado todavía a ninguna de estas partículas supersimétricas, la masa de estas tiene que ser mayor, lo que ocasiona que no se produzca una cancelación tan perfecta.

Entonces, ¿existen estas partículas supersimétricas? ¿Realmente suponen una solución al problema? Como siempre en ciencia, las experiencias nos lo dirán, mientras tanto, a la física todavía le queda trabajo…