U prošlom nastavku smo imali prilike da se upoznamo sa WIMP česticama. Tu ste pročitali da su super-partneri, jedan tip WIMP čestica, kandidat koji ima najviše šanse da osvoji laskavu titulu čestice koja čini tamnu materiju. U ovom nastavku videćete šta su super-partneri.

Super-partneri postoje u okviru teorije poznate pod nazivom super-simetrija, ili SUSY kako je fizičari od milošte nazivaju. Zapravo super simetrija nije teorija per se, više je u pitanju princip, pa tako postoji ogroman broj teorija koje u sebi sadrže princip supersimetrije. Dakle, super-simetrija je princip koji kaže da su jednačine kojima se opisuju čestice sile (bozoni) identične jednačinama koje opisuju čestice materije (fermione) . To u praksi znači da svaka fundamentalna čestica ima svog partnera koji joj je identičan po svemu osim po jednom detalju – ako je fundamentalna čestica fermion njen super partner biće bozon, ukoliko je fundamentalna čestica, pak, bozon njen super-partner biće fermion.
Super simetrija je nastala u okviru teorije struna, ali je potom “prihvaćena” i van okvira teorije struna zbog toga što rešava neke od krucijalnih problema unutar fizike čestica (hierarchy problem, ukoliko ste radoznali i želite da guglujete), tako da je ona danas postala potpuno nezavisna od teorije struna, i pojavljuje se u okviru ogromnog broja teorija koje nemaju veze sa teorijom struna.

Vremenom se ispostavilo da bi super-simetrija mogla da objasni i tamnu materiju. Jedan od razloga zbog kojih fizičari drže super partnere kao glavne kandidate za tamnu materiju jeste upravo to, što super-simetrija nije razvijena (naštimovana) da objasni tamnu materiju, već neke druge probleme u okviru moderne fizike, a usput sama od sebe rešava i problem tamne materije. Na slici ispod možete da vidite standardne čestice i njihove super-partnere

Kao što je navedeno iznad, fermioni kao super partnere imaju bozone. Oni dobijaju ime tako što se ispred imena fermiona doda prefiks “s”. Pa su tako super partneri kvarkova skvarkovi, super-partneri leptona sleptoni, superpartner “up” kvarka je “sup” kvark, super partner elektrona je “selektron”, super partneri neutrina bi bili sneutrini

Sa druge strane, bozoni kao superpartnere imaju fermione. Oni imena dobijaju tako što se imenu bozona doda “ino”. Pa je tako superpartner fotona fotino, gluona gluino, W bozona, vino, Z bozona zino, Higsovog bozona higsino, superpartner gravitona gravitino.

Glavni problem sa super simetrijom je u tome da je ona potpuno tačna mi bismo već detektovali superpartnere. Verovatno bi imali i nešto nalik bozonskim atomima koji bi sadržali skvarkove i/ili selektrone, to bi umnogome izmenilo svet u kojem živimo. Međutim, njih nema. Jedno od objašnjenja zbog kojeg ih nema bilo bi to da superpartneri nisu baš u svemu identični klasičnim fundamentalnim česticama. Pretpostavka je da superpartneri imaju znatno veću masu od poznatih čestica, i da ih to čini teškim za otkrivanje. To jest, pretpostavka je da u prirodi postoji mehanizam (neko novo polje, recimo) koji utiče na to da super-partneri imaju veću masu od poznatih čestica. Ovu pojavu fizičari nazivaju slamanje simetrije. Dozvolite da se poslužim tuđom analogijom.

Ako bi ste na Zemlji pokušali da odradite neki eksperiment njegova uspešnost bi u velikoj meri zavisila od orijentacije aparature. Recimo, ukoliko bi ste epruvetu držali sa otvorom nadole vaš eksperiment bi verovatno doživeo fijasko zbog toga što bi vam tečnost iz epruvete iscurela iz nje. U svemiru to međutim nije slučaj. U svemiru nema gravitacije, pa samim tim pojmovi kao što su “gore” I “dole” gube smisao, i orijentacija epruvete ni na koji način neće uticati na ishod eksperimenta. Vidimo da u svemiru postoji simetrija između pravaca, i da su svi pravci isti. Na Zemlju to nije slučaj, Zemljina gravitacija narušava tu simetriju, i dolazimo u situaciju da su pravci i te kako bitni, ne samo za izvođenje eksperimenata već i za život uopšte. Naći ćete da je orijentacija tanjira iz kojeg jedete čorbu (da li će on ležati normalno, vodoravno, na stolu, ili ćete ga podići vertikalno, ili ga obrnuti za 180 stepeni) presudna za vašu ishranu, ali i za vaš društveni status, ukoliko pokušate ovo da izvedete u nečijem društvu.

Na sličan način, iz nekog razloga je došlo do slamanja simetrije između poznatih čestica i super partnera, i mi nismo u stanju da vidimo super-partnere na niskim energijama. To jest, većina super partnera bi bila suviše masivna da bi bila stabilna u prirodi. Ali ne I svi. Najlakše supersimetrične čestice su stabilne(postoji razlog zbog kog se smatra da su najlakši superpartneri stabilni, ukoliko ima zainteresovanih o tome u narednom tekstu).

Dakle ako pretpostavimo da superpartneri postoje, i da su najlakši superpartneri stabilni, činjenica da ih još uvek nismo detektovali znači da oni veoma slabo interaguju sa klasičnom materijom. Baš kao i čestice tamne materije.

Prema tome, da bi neka od ovih čestica bila kandidat za tamnu materiju ona mora da bude stabilna (ne previše masivna), električno neutralna, i da ne interaguje sa jakom nuklearnom silom. Postoji više mogućih superpartnera koji zadovoljavaju ove uslove, to su: sneutrino(neka nova merenje u velkoj meri isključuju sneutrino kao dominantnu komponentu tamne materije), gravitino(njega je, poput njegovog blizanca gravitona, veoma, veoma, teško detektovati, gotovo nemoguće na sadašnjem stepenu tehnološkog razvoja), aksino (aksino je superpartner jedne druge hipotetičke čestice, aksiona, više o njima u narednom nastavku), zatim higsino, fotino, vino i zino. Poslednja četiri važe za vodeće kandidate, I oni se jednim imenom nazivaju neutralini (ne brkati sa neutrinima, sneutrinima i neutronima). Da li neka od ovih čestica, ili više njih čini tamnu materiju više nije stvar teorije već eksperimenta. Postoje dva moguća načina da se to proveri. Prvi je njihovim indirektnim detektovanjem u kosmičkim zracima, drugi je njihovo otkriće u akceleratorima čestica, kakav je LHC u Cernu, gde se za njima uporno traga. Ali o potrazi za njima više u nekom od narednih nastavaka.

Super-partneri su samo jedan od kandidata, za tamnu materiju, koji spadaju u kategoriju WIMP čestica. Drugi popularni kandidat su Kaluca-Klain čestice. Kaluca-Klain čestice su čestice koje se pojavljuju u okviru teorija koje pretpostavljaju univerzum koji ima više od tri prostorne dimenzije. Jedna od takvih teorija je i teorija struna (M teorija) koja pretpostavlja da živimo u univerzumu koji sadrži, pored četiri dimenzije na koje smo navikli (gore-dole, levo-desno, napred-nazad i vreme), dodatnih 7 prostornih dimenzija. Više o kaluca klajn česticama, kao i još nekim kandidatima za tamnu materiju u narednom nastavku.