Τι είναι Υπερσυμμετρία;

Σύμφωνα με τη σωματιδιακή φυσική, κάθε σωματίδιο στη φύση μπορεί να είναι είτε μποζόνιο είτε φερμιόνιο. Τα μποζόνια που έχουν σπιν ακέραιο (0,1,2,…), μπορούν να καταλάβουν πολλά μαζί την ίδια κατάσταση, ενώ γνωστά παραδείγματα αποτελούν το φωτόνιο και το σωματίδιο Higgs που ανακαλύφθηκε πρόσφατα. Από την άλλη, τα φερμιόνια έχουν ημιακέραιο σπιν (1/2,3/2,5/2,…), που σημαίνει ότι το πολύ ένα φερμιόνιο μπορεί να καταλάβει μια συγκεκριμένη κατάσταση, ενώ γνωστά παραδείγματα αποτελούν το ηλεκτρόνιο και τα κουάρκς (είναι τα σωματίδια που απαρτίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια).

Οι ιδιότητες (όπως π.χ. το φορτίο) των θεμελιωδών σωματιδίων (είτε είναι μποζόνια είτε φερμιόνια) δεν είναι τυχαίες, αλλά οργανώνονται με βάση κάποιες αρχές συμμετρίας. Οι τελευταίες συνδέουν τις ιδιότητες ενός σωματιδίου με τις ιδιότητες κάποιου άλλου και έχουν βοηθήσει τους φυσικούς να προβλέψουν την ύπαρξη νέων σωματιδίων πριν την παρατήρησή τους. Η συνηθισμένη/συμβατική μορφή αυτών των συμμετριών συνδέει (όσον αφορά τις ιδιότητές τους) μποζόνια με άλλα μποζόνια, φερμιόνια με άλλα φερμιόνια, αλλά ποτέ μποζόνια με φερμιόνια.

Σε αυτό το σημείο μπαίνει στο παιχνίδι η υπερσυμμετρία: είναι εκείνη η (υποθετική) γενικευμένη έννοια συμμετρίας, κατά την οποία ιδιότητες των μποζονίων συνδέονται με ιδιότητες φερμιονίων και τούμπαλιν. Ακριβώς όπως οι συνηθισμένες αρχές συμμετρίας προέβλεπαν νέα σωματίδια, έτσι και η υπερσυμμετρία προβλέπει την ύπαρξη νέων σωματιδίων, των λεγόμενων υπερσυμμετρικών συντρόφων των ήδη γνωστων σωματιδίων. Δυστυχώς, μέχρι σήμερα δεν έχει υπάρξει κάποια πειραματική ένδειξη για την ύπαρξη υπερσυμμετρίας στη φύση.

Θα πρέπει να τονίσουμε ότι παρόλο που δεν έχουμε πειραματικά δεδομένα για την υπερσυμμετρία, η θεωρητική (και μαθηματική) αξία της ιδέας αυτής είναι τεράστια. Ως παραδείγματα αναφέρουμε το ζωτικό ρόλο που παίζει η υπερσυμμετρία στις λεγόμενες θεωρίες υπερχορδών (υπερσυμμετρικών χορδών), που αποτελούν ένα πολλά υποσχόμενο μοντέλο κβαντικής βαρύτητας, καθώς και τη μεγάλη σημασία της στους υπολογισμούς της εντροπίας των μαύρων τρυπών.