La teoría de supersimetría, el próximo paso hacia la "teoría del todo"

Hace poco menos de un siglo se produjo la divergencia más importante de la historia de la física: Física Cuántica vs Relatividad General. Estados nuevas ramas de la física ofrecen explicaciones y predicciones de gran precisión en sus ámbitos, pero son irreconciliables. Desde la época de Einstein muchos han sido los físicos (principalmente teóricos) que han tratado de encontrar una única teoría que lo explicara todo, las llamadas “teorías M” o “teorías del todo”, sin éxito. Sin embargo, hoy vamos a hablar de aquellos que optan por buscar un paso intermedio que nos permita avanzar en la dirección correcta sin pretender encontrar la teoría definitiva; en concreto, hablemos de Supersimetría.

Bajo la etiqueta de “Supersimetría” se engloban un abanico de teorías que intentan dar explicación a fenómenos que desafían los conocimientos actuales o incluso dar explicaciones “más elegantes” que las actuales. De entre todas las teorías supersimétricas que existen mi favorita es MSSM (Minimal Supersymmetric Standard Model) ya que es una de las teorías más continuístas y que requiere de menos parámetros que deben ser ajustados mediante experimentos, pero esto es ya un tema personal.

Los problemas del Modelo Estándar (Standard Model)

El el Modelo Estándar de física de partículas (SM por sus siglas en inglés) es la mejor teoría que tenemos dentro de esta rama de la física y actualmente la más aceptada. Por decirlo de una forma sencilla, es una base sobre la que todo el mundo y todos los experimentos están de acuerdo y que sirve como cimiento sólido hacia la deseada teoría de unificación. Sin embargo esta teoría tiene aún un montón de retos y, sobre todo, una gran cantidad de elementos introducidos ad hoc (porque sí) para hacer cuadrar la teoría con el experimento.

Uno de los problemas de este SM es que no da posible explicación ni candidatos a materia oscura ni a energía oscura. Además se limita a un espacio 3-D sin ningún motivo para ello más allá de que “es lo que vemos”. Otro problema grave es el hecho de que la teoría tiene entre 18 y 25 constantes (dependiendo de si incluímos las masas de los neutrinos) que deben ser evaluadas mediante experimentos ya que la teoría no predice ningún valor para ellas.

Esta última parte, aunque sea de carácter más filosófico, molesta mucho a los físicos teóricos porque le da a la teoría un caracter de ajuste empírico en lugar del deseado aura de “funcionamiento interno de la naturaleza” que viene de la mano de toerías en las que no existen parámentros libres y por tanto son así porque “son así y no pueden ser de otra forma”. Y es de estos dos fallos de donde surge la “necesidad” de buscar una nueva teoría más global y elegante.

¿Qué es la Supersimetría?

Si algo ha calado en la comunidad científica a base palos es la idea de que nada es absoluto ni 100% cierto en todos los casos. Es por esto que la teoría de Supersimetría no es la meta sino un paso más hacia ella. En cuanto a los principios básicos de todos los “sabores” de supersimetría, son muy sencillos como veremos a continuación. Antes debemos recordar que existen dos grandes grupos de partículas subatómicas: los bosones (espín entero) y los fermiones (espín fraccionario). El espín es una propiedad fundamental de todas las partículas pero para nosotros hoy no será más que un número que identifica a qué grupo pertenece cada partícula.

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Así bien, la supersimetría predice que las partículas fundamentales que conocemos por el SM tienen una partícula idéntica salvo en masa y espín, llamada supercompañera. La masa de las supercompañeras es siempre mayor (por eso aún no se han visto en el LHC) y pertenecen al grupo opuesto (bosones <–>Fermiones). Así por ejemplo el quark TOP que es un fermión tiene un compañero, el quark superTOP (abreviado “sTOP”) que es un bosón y tiene un masa mucho mayor que la de cualquier otro quark. Y así con el resto de partículas y sus compañeros supersimétricos.

Lo primero que viene a la cabeza es que estas partículas son perfectos candidatos para ser materia oscura; y así es. Son partículas que no observamos en nuestro entorno y de las que sabemos poco, siguen las leyes de la física que ya conocemos y además poseen una gran masa por lo que su atracción gravitatoria es alta aún a grandes distancias. Además las teorías de supersimetría, en especial MSSM presentan un número mucho más reducido de parámetros a ajustar mediante experimentos que el SM, lo cual tranquiliza a los teóricos y aporta elegancia a la teoría.

¿Es real la supersimetría?

Esta es una gran pregunta, como dijo una vez Carl Sagan: “Afirmaciones extraodinarias requieren evidencias extraordinarias” en una síntesis magistral del espíritu científico. Hasta el momento las teorías de supersimetría no han sido refrendadas por evidencia (aunque tamopoco refutadas) debido principalmente a que el rango de energías de medida era demasiado bajo y la probabilidad de encontrar un supercompañero extremadamente baja.

Sin embargo, con la nueva puesta en marcha del LHC en Ginebra, todo apunta a que podrían encontrarse estas partículas que predice la supersimetría. En concreto una de las partículas que se espera poder encontrar es el antes mencionado quark sTOP. Para que nos hagamos una idea de la dificultad de esta tarea, en el LHC se producen en torno a 600.000.000 colisiones por segundo y tras casi un año que estará funcionando, se esperan encontrar unos 4 sTOP como fruto de colisiones (la vez anterior se encontraron 12 bosones de Higgs).

Así que, como siempre decimos, ahora toca esperar. Es muy probable que a lo largo de este año o el próximo año a más tardar tengamos noticias sobre la validez de esta teoría. Aquí os lo contaremos en cuanto sepamos algo. En cualquier caso, si tenéis alguna duda, tenéis los comentarios a vuestra disposición.