أين هى سوزى

 

سوزى SUSY او التناظر الممتاز superymmetry هو تناظر فى الفضاء-زمن يُؤسس لكل فيزياء ما بعد النموذج القياسى beyond the standard model و هو يفسر ثلاثة ظواهر فيزيائية فى فيزياء الجسيمات الاولية من أصعب ما يكون: (معضلة الهايراركى او الفاين-تيونين و معضلة المادة المظلمة و معضلة توحيد القوى)

اولا ما يسمى معضلة التسلسل الهرمى hierarchy problem و تسمى ايضا معضلة الدوزنة fine-tunning problem وهى بكل بساطة تنص على ان جسيم الهيغز Higgs particle الذى يؤسس لاصل الكتلة فى النموذج القياسى standard particle هو الجسيم السلمى scalar الوحيد فى هذا النموذج و عليه فهو غير مستقر stable تحت تاثير التصحيحات الاشعاعية radiative corrections و ان التناظر الممتاز يؤدى الى استقرار هذا الجسيم مثلما ان التناظرات المعيارية تؤدى الى استقرار البوزونات (مفرد بوزون) الشعاعية وهى الجسيمات الناقلة للقوة و مثلما ان تناظر الكايرال او اليدوانية يؤدى الى استقرار الفرميونات (مفرد فرميون) السبينورية وهى الجسيمات المشكلة للمادة.

اذن لدينا الجدول:

-التناظر اليدوانى (الكايرال chiral) وهو تقريبى approximate فى الطبيعة يؤدى الى استقرار الفرميونات fermions السبينورية spinorial.

-التناظر المعيارى gauge وهو مضبوط فى الطبيعة يؤدى الى استقرار البوزونات الشعاعية vector bosons.

-التناظر الممتاز (سوزى) ولا نعلم اذا كان تقريبى او مضبوط فى الطبيعة يؤدى الى استقرار جسيم الهيغز,

علينا ايضا ان نؤكد ان سوزى تؤدى ايضا الى التنبؤ بكتلة جسيم الهيغز فهو ليس عدد حر فى النظرية (مثل الوضع فى النموذج القياسى) بل هو محدد من النظرية نسفها. بعبارة اخرى فان سوزى او التناظر الممتاز يقطع شوطا كبيرا فى تفسير اصل الكتلة نفسها.

الاستقرار الذى نتكلم عنه اعلاه يعنى ان التصحيح الكمومى لكتلة جسيم الهيغز (بعد اخذ بعين الاعتبار التصحيحات الاشعاعية) نجد انه مازال متناسب مع الكتلة الكلاسكية.

اذن التناسب مع مربع القاطع cutoff (و القاطع هو التسوية regularization التى نحتاج اليها فى نظريات المجال الكمومى لاعطائها معنى رياضى و فيزيائى) يتحول بفعل سوزى الى تناسب مع لوغاريتم القاطع.

و القاطع هو الطاقة او سلم طاقة الثقالة الكمومية quantum gravity scale التى هى اعلى بكثير من سلم طاقة التفاعلات الكهروضعيفة electroweak scale.

اذن اخذ لوغاريتم عدد هائل يتجول الى عدد صغير و لهذا هذه المعضلة تسمى ايضا معضلة الدوزنة fine-tunning اى كيف يمكن لتصحيحات قد تكون كبيرة جدا (لان سلم الثقالة الكمومية كبير جدا بالمقارنة مع سلم الطاقات الكهروضعيفة) ان تتحول الى تصحيحات اضطرابية صغيرة وهذه هى الدوزنة.

الجواب تعطيه سوزى او التناظر الممتاز لانها تأتى بكل جسيم فرميونى و تُرفق به جسيم بوزونى و العكس و هكذا يقع الاختزال شبه-الكلى و لا يبقى الا تصحيح لوغاريتمى فى سلم الثقالة الكمومية.

ثانيا ثانى انجاز لسوزى او التناظر الممتاز هو انها تأتى بتفسير للمادة المظلمة على شكل جسيمات الويمب WIMP اى الجسيمات الثقيلة المتفاعلة بضعف weakly interacting massive particle و التى تعرف فى اطار النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى minimal supersymmetric standard model باسم جسيمات النوترالينو neutralino.

النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى MSSM كما يدل اسمه هو اصغر تمديد للنموذج القياسى للجسيمات الاولية الذى يحترم التناظر الممتاز.

هذا النموذج يأتى بتناظر اضافى يسمى التناظر R الذى يرفق بكل الجسيمات الاولية للنموذج القياسى شحنة R تساوى +1 اما الشريك الممتاز super partner لكل جسيم اولى فنرفق به شحنة R عكسية تساوى -1.

هذا يعنى مما يعنى انه فى ال MSSM الجسيمات الاولية و شركائها الممتازين يتم انتاجهم فى ازواج خلال التفاعلات الاولية (تصادمات collisions او تهافتات decays) لان الشحنة R يجب ان تكون محفوظة conserved وهذا يعنى ايضا ان جسيمات النوترالينو هى جسيمات مستقرة تماما.

اذن لدينا فى اطار النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى MSSM جسيمات متعادلة كهربائيا لا تتفاعل عبر القوة النووية اللونية و هى اكثر من هذا مستقرة تماما لا تتفاعل الا عبر القوة النووية الضعيفة او قوة اضعف هى التى تشكل المادة المظلمة.

جسيمات النوترالينو المشكلة للمادة المظلمة فى اطار النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى MSSM هى جسيمات تأتى فى تركيب خطى للجسيمات الممتازة الباينو Bino و الواينو Wino المتعادل كهربائيا و الهيغزينو Higgsino كما فى المعادلة فى الصورة.

-الباينو Bino هو الشريك الممتاز للجسيم الاولى B (وتذكروا ان جسيم ال B فى النموذج القياسى هو الجسيم الذى يتحول بعد الانكسار التلقائى spontaneous symmetry breaking للتفاعل الكهروضعيف الى جسيم الفوتون)

-الواينو Wino هو الشريك الممتاز للجسيم الاولى W الذى يتحول بعد الانكسار التلقائى للجسيم Z الثقيل الناقل للقوة النووية الضعيفة.

-الهيغزينو Higgsino هو الشريك الممتز لجسيم العيغر.

انظر الصورة الثانية.

ثالثا و ثالث انجاز لسوزى او التناظر الممتاز هو التوحيد unification التام للقوى الثلاثة (الكهرومغناطيسية و النووية اللونية القوية nuclear strong color و النووية الضعيفة nuclear weak) من اجل الطاقات العليا فوق السلم الكهروضعيف للطاقات. هذه نتيجة نأتى بها باستعمال معادلة زمرة اعادة التنظيم renormalization grou equation بعد تطبيقها على النموذج القياسى الممتاز الاصغرى MSSN.

نحصل على معادلة معجزة متحققة تماما فى ال MSSM وهذا كله بسبب كرامات سوزى او التناظر الممتاز (المعادلة فى الصورة الثالثة).

ورغم كل هذا النجاح النظرى الساحق فان جميع التجارب لحد الساعة فى مسرعات LEP ثم التيفاطرون ثم مؤخرا (منذ حوالى ال 8 سنوات) مسرعات ال LHC تفشل جميعها فى اكتشاف التناظر الممتاز عبر الامساك بأى من الشركاء الممتازين و ايضا تفشل فى اكتشاف اى اثر للمادة المظلمة اذا كانت المادة المظلمة هى النوترالينو.

هل فعلا هذا يعنى ان الطبيعة غير متناظرة بامتياز.

يصعب جدا -لمن يعرف الفيزياء النظرية جيد و يعرف جيدا كيف تفكر هذه الفيزياء- ان يصدق ان كل هذه النجاجات النظرية لسوزى و التناظر الممتاز هى فقط مصادفة رياضية سعيدة.

شخصيا يصعب على ان اصدق ذلك و يصعب على اكثر ان اتخلى عن ايمانى فى التناظر الممتاز.

لكن الفيزياء سعيدة باهلها (فالفيزيائيون التجريبيون ليس لهم اى دين وهم لا يهمهم لا تناظر ممتاز و لا غيره وتجاربهم لها الكلمة الاخيرة)

لكن ايضا الفيزياء سعيدة بنظرييها و التناظر الممتاز شيء فذ و الذى فشل يقينا هو ال MSSM اما سوزى فهى مازالت تطمعنا و تغرينا و النظريون فعلا ضعفاء امام اغراء الرياضيات التنظير.

المؤكد الذى يتفق عليه التجريبيون و النظريون هو ان (الحكم الاخير على الواقع هو الطبيعة) و ليس (التجربة) ف (التجربة) متغيرة اما (الطبيعة) فهى ثابتة تنتظرنا ان نكشف عن حقيقتها. اما (الرياضيات) فهى وسيلة (العقل) لفهم الطبيعة و قد تُقرر الطبيعة فى الاخير ان تتصرف بغير ما يريده العقل وهذا فعلا ممكن غير مستبعد لكن العقل مغرور جدا فهو مازال يستبعد هذا الامر تماما.