Teori Supersimetri SUSY Gagal Verifikasi dan Hadapi Krisis Teoritis Serius

Tinuku
News KeSimpulan.com - Data baru tumbukan partikel super. Eksperimen terbaru di LHC menguatkan keraguan tentang teori supersimetri (supersymmetry theory).

"Cantik, indah dan unik" seperti yang diungkapkan Gordon Kane saat menjelaskan teori supersimetri. Kane, fisikawan teoritis dari University of Michigan di Ann Arbor, telah menghabiskan 30 tahun untuk supersimetri, suatu teori dimana ia dan banyak ilmuwan lain percaya dapat memecahkan berbagai masalah atas pemahaman kita tentang dunia sub-atomik.

Namun ada kekhawatiran yang berkembang bahwa teori ini adalah salah. Data Large Hadron Collider (LHC), reaktor kuat memukul proton sepanjang 27 kilometer melintasi perbatasan Perancis-Swiss di dekat Jenewa, menunjukkan tidak ada tanda 'partikel super' seperti yang diprediksi teori tersebut.

"Kami memindahkan supersimetri ke bagian sudut," kata Chris Lester, fisikawan partikel dari University of Cambridge di Inggris, yang bekerja dengan detektor ATLAS (LHC).

Seiring dengan eksperimen Compact Muon Solenoid, juga di LHC, ATLAS selama setahun lalu telah menghabiskan waktu untuk berburu partikel super. Sekarang ATLAS diatur untuk mengumpulkan lebih banyak data ketika LHC mulai menginjak gas berdaya tinggi dalam beberapa minggu ke depan. Jika detektor gagal menemukan partikel super pada akhir tahun maka teori supersimetri tersebut menghadapi masalah serius.

Supersimetri (dikenal sebagai SUSY) muncul pada tahun 1970-an sebagai cara untuk memecahkan kekurangan utama model standar fisika partikel untuk menggambarkan perilaku partikel dasar yang membentuk materi normal (The bestiary). Para peneliti telah menemukan setiap partikel seperti diprediksi oleh model, satu tangkapan Higgs boson, menyusun teori untuk membantu partikel lainnya dengan massa.

Higgs sangat penting bagi teori ini, tetapi perkiraan massa tergantung pada fluktuasi liar yang disebabkan oleh efek kuantum partikel fundamental lainnya. Fluktuasi dapat meningkatkan prediksi massa Higgs pada titik di mana partikel dasar lainnya harus jauh lebih besar dari sebenarnya, secara efektif melanggar model standar.

Teoritikus dapat menghilangkan fluktuasi dari persamaan tetapi hanya dengan menetapkan massa Higgs ke nilai sangat tepat (suatu fraksi yang lebih berat atau ringan dan seluruh bangunan teoritis menjadi runtuh). Banyak fisikawan merasa tidak nyaman.

SUSY menawarkan alternatif untuk masalah ini. Teori mendalilkan bahwa setiap partikel teratur memiliki mitra berat supersymmetrical, banyak diantaranya tidak stabil dan jarang berinteraksi dengan materi normal. Fluktuasi kuantum partikel supersymmetrical secara sempurna membatalkan partikel biasa, mengembalikan Higgs boson untuk berbagai massa yang diterima.

Teori juga menemukan bahwa SUSY dapat memecahkan masalah lain. Beberapa partikel ringan supersymmetrical bisa menjelaskan materi gelap (dark matter) yang sulit dipahami dimana para kosmolog telah memburunya sejak tahun 1930. Meskipun belum pernah dilihat, materi gelap menyusun 83 persen materi di alam semesta berdasarkan pengamatan terhadap gerakan galaksi.

SUSY juga dapat digunakan untuk menyatukan semua kekuatan, kecuali gravitasi, menjadi kekuatan tunggal pada energi tinggi, sebuah langkah besar menuju 'theory of everything' yang menyatukan dan menjelaskan semua fisika (salah satu tujuan akhir dari ilmu pengetahuan).

"SUSY sangat indah secara matematis", kata Ben Allanach, teoritikus dari University of Cambridge.

"Utilitas SUSY dan anugerah matematika menguji 'ketaatan beragama' di antara para pengikutnya", kata Adam Falkowski, teoritikus dari University of Paris-South di Perancis, yang menganut sekte lain dalam fisika.

Tetapi reaktor pemukul gagal memberi bukti langsung partikel super yang diprediksi dalam teori. Eksperimen Tevatron di Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois, juga tidak menemukan bukti quark supersymmetrical (squarks) pada massa hingga 379 gigaelectronvolts.

LHC sekarang berkembang cepat mengumpulkan data pada energi yang lebih tinggi, mengesampingkan wilayah yang lebih berat untuk partikel super. Ini menciptakan masalah serius bagi SUSY. Peningkatan massa partikel super tidak lagi sempurna membatalkan gangguan fluktuasi kuantum secara benar.

Dalam teori masih bisa membuat SUSY, tetapi hanya dengan asumsi massa yang sangat spesifik untuk partikel super (teori ini diciptakan untuk menghindarinya karena LHC mengumpulkan lebih banyak data dan SUSY mendapat cubitan yang semakin mengganggu massa partikel.

Sejauh ini LHC memiliki massa dua kali lipat batas yang dilakukan oleh Tevatron, tidak menunjukkan bukti squarks pada energi sampai 700 gigaelectronvolts. Pada akhir tahun nanti akan ditingkatkan mencapai 1.000 gigaelectronvolts (mengesampingkan beberapa variasi yang paling disukai dari teori supersimetri).

"Saya tidak akan mengatakan apa yang membuat saya prihatin," kata John Ellis, teoritikus di CERN, laboratorium fisika partikel Eropa di dekat Jenewa, yang telah meneliti supersimetri selama beberapa dekade.

Ellis akan menunggu sampai akhir tahun 2012 (setelah menjalankan eksperimen dengan energi lebih tinggi) sebelum meninggalkan SUSY. Falkowski, teoritikus yang menolak teori mengatakan bahwa kurangnya deteksi sudah menunjukkan SUSY sudah mati.

"Secara pribadi, banyak orang berpikir situasi ini tidak baik bagi SUSY. Ini merupakan isu politik dunia fisika partikel. Bagi beberapa fisikawan besar adalah perbedaan antara hadiah Nobel dan mengakui mereka menghabiskan hidup mereka di jalur yang menyimpang…," kata Alessandro Strumia, teorikus dari University of Pisa di Italia.

"Saya telah bekerja di sana selama hampir 30 tahun sampai sekarang dan saya dapat membayangkan beberapa orang mungkin akan sedikit gugup," Ellis sependapat.

"Banyak hal akan berubah jika kita gagal menemukan SUSY. Fisikawan teoritis harus kembali ke papan gambar dan mencari cara alternatif untuk memecahkan masalah dengan model standar. Ini tidak selalu berarti buruk. Bagi fisika partikel secara keseluruhan akan sangat menarik," kata Lester.

DOWNLOAD full summary (PDF)
  1. ATLAS Collaboration. Search for supersymmetry using final states with one lepton, jets, and missing transverse momentum with the ATLAS detector in sqrt{s} = 7 TeV pp, arXiv:1102.2357v2 [hep-ex], (last revised 17 Feb 2011), http://arxiv.org/abs/1102.2357
  2. CMS Collaboration. Search for Supersymmetry in pp Collisions at 7 TeV in Events with Jets and Missing Transverse Energy, arXiv:1101.1628v1 [hep-ex], (Submitted on 8 Jan 2011), http://arxiv.org/abs/1101.1628
  3. ATLAS Collaboration. Search for squarks and gluinos using final states with jets and missing transverse momentum with the ATLAS detector in sqrt(s) = 7 TeV proton-proton collisions, arXiv:1102.5290v1 [hep-ex], (Submitted on 25 Feb 2011), http://arxiv.org/abs/1102.5290
  4. Alessandro Strumia. The fine-tuning price of the early LHC, arXiv:1101.2195v2 [hep-ph], (last revised 20 Feb 2011), http://arxiv.org/abs/1101.2195
CMS LHC http://cms.web.cern.ch/cms/index.html

Gordon Kane http://particle-theory.physics.lsa.umich.edu/kane/
Chris Lester http://www.hep.phy.cam.ac.uk/~lester/
Ben Allanach http://users.hepforge.org/~allanach/
Adam Falkowski http://www.u-psud.fr
John Ellis http://en.wikipedia.org/wiki/John_Ellis_(physicist)
Alessandro Strumia http://www.unipi.it/
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment