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Was ist die Supersymmetrie?

Materieteilchen besitzen zwei Spineinstellungen, Kräfteteilchen drei.

Zwei Sorten von Teilchen Die Teilchenwelt des Standard-Modells ist in zwei Lager geteilt: Da gibt es Materieteilchen wie die Elektronen und Quarks, sowie Wechselwirkungsteilchen wie die Photonen und Gluonen (siehe "Was hat es mit dem Standard-Modell auf sich?"). Beide Arten unterscheiden sich in einem wesentlichen Punkt: dem Spin oder Eigendrehimpuls. Denn es scheint so, als ob sich Quarks, Elektronen und Gluonen um die eigene Achse drehen. Das Ganze kann man sich wie die Drehung der Erde um sich selbst vorstellen - mit einer Ausnahme: Bei Materieteilchen sind nur zwei Einstellungen der Achse möglich: nach oben oder nach unten. Bei den Wechselwirkungsteilchen sind es drei. Physiker haben für Teilchen mit gerader Anzahl von Einstellungen den Namen Fermionen geschaffen, im ungeraden Fall sprechen sie von Bosonen. Beide unterscheiden sich krass in ihrem physikalischen Verhalten. Die "Supersymmetrie" vereint nun die ungleichen Brüder:

Super-Teilchen

'Zu jedem Teilchen soll es einen Superpartner geben.

In den siebziger Jahren stießen Physiker auf eine neue Symmetrie, die mit dem Spin von Teilchen zusammenhängt. Neben den Dreh-, Verschiebungs- und Spiegelungssymmetrien gab es nun ein neues Prinzip in der Physik: die Supersymmetrie, die Bosonen mit Fermionen verbindet. Zu jedem der bekannten Teilchen existiert demnach ein weiterer Superpartner. Da kommt eine ganz schöne Liste zusammen. Ob einem die Namen gefallen, ist dann eher eine Geschmacksfrage. Denn den Superpartnern der Materieteilchen stellt man ein "s" vorweg. Die supersymmetrischen Zwillinge der Wechselwirkungsteilchen bekommen ein "ino" hintenangestellt. Und so tummeln sich in der Welt plötzlich Selektronen, Gluinos, Squarks und Higgsinos.

Wozu braucht man die Supersymmetrie?

Die Supersymmetrie ist die letzte Symmetrie, die es noch zu entdecken gilt.

Was möglich ist ...
Die Gleichungen der Teilchenphysik zeigen eines in jedem Fall: Theoretisch bietet unser Universum Platz für die Supersymmetrie. Und auch etwas anderes ist klar: Teilchenphysiker werden nicht ruhen bis zu dem Tag, an dem sie diese letzte Symmetrie direkt nachgewiesen haben oder einen Grund dafür erkennen, warum es sie nicht gibt. Alle anderen Symmetrien, die theoretisch möglich erschienen, wurden auch entdeckt. Warum sollte es bei der Supersymmetrie anders sein? Ferner wirkt die Aufspaltung der Welt in Materie- und Wechselwirkungsteilchen recht künstlich. Die Supersymmetrie bringt beide Teilchengattungen zusammen.

Die Stärken der Kräfte
verfehlen sich bei kleinen Abständen knapp.

Vereinheitlichung
Das große Ziel der Teilchenphysik ist die Vereinheitlichung aller Kräfte. Theoretiker sind die vier Wechselwirkungen zu viele. Sie hätten gerne nur eine, aus denen sich die anderen ergeben. Bei Abständen im Bereich von Atomen unterscheiden sich die Stärken der elektromagnetischen, schwachen und starken Wechselwirkungen noch beträchtlich. Wenn man jedoch viel kleinere Distanzen betrachtet, bewegen sich die Stärken aufeinander zu. Irgendwann treffen sie sich sogar. Wenigstens fast. Denn Vorhersagen zeigen, dass sich die Stärken bei winzigen Abständen zwar sehr nahe kommen, sich jedoch knapp verfehlen. Anders, wenn man supersymmetrische Teilchen in den Rechnungen berücksichtigt. Dann zeigt sich, dass die elektromagnetische, schwache und starke Kraft dieselbe Stärke annehmen und sich auf eine Urkraft zurückführen lassen.

Die Parameter des Standard-Modells müssen derzeit sehr gut abgestimmt sein.

Feinabstimmung
Das wirre Quantenverhalten unserer Welt sorgt dafür, dass das Standard-Modell sehr empfindlich auf die Werte der Parameter reagiert, die man hineinsteckt. Um Unendlichkeiten zu vermeiden, müssen die Werte extrem gut aufeinander abgestimmt sein - besser als 0,000 000 000 000 1 Prozent genau. Das macht unsere Welt sehr unwahrscheinlich. Alles wird viel einfacher, wenn die Welt supersymmetrisch ist. Denn die Beiträge von Bosonen und Fermionen heben sich in der Regel auf. Der Supersymmetrie nach kommen diese beiden Teilchensorten immer in Paaren vor. Aus diesem Grund reagiert ein supersymmetrisches Standard-Modell viel weniger sensibel auf seine Parameter und ist viel wahrscheinlicher.

 
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