آیا می‌توانیم ادعا کنیم طبیعت ابر متقارنی داریم؟

در جستجو برای یافتن معدودی قانون ساده که ماهیت ماده را تشریح کنند، ابر تقارن می‌تواند نماینده‌ی گام بعدی باشد . فیزیکدانان در جستجوی شواهدی بوده اند تا این نظریه را بیازمایند.
حدود 25 قرن پیش یونانیان ایونی استدلال می‌کردند که پیچیدگی ظاهری عالم را می‌توان به کمک چند قانون اساسی ساده درک کرد در جهت تحقق این هدف پیشرفت‌های شایانی صورت گرفته است. به نظر می‌رسد که سازندهای اصلی ماده مشخص شده است . تعداد معدودی نیرو را می‌توان مسئول رفتار کلیه اشکال ماده از ذرات زیر اتمی‌گرفته تا کهکشانها دانست. با وجود این،برای تشریح کامل قوانین طبیعت هنوز نیاز به بصیرت بیشتری داریم. در دهه‌ی گذشته تعداد زیادی فیزیکدان نظری به صورت گسترده روشی را بررسی کرده‌اند که ابر تقارن نامیده می‌شود. نظریات ابر تقارنی، از کشفیات موفق سال‌های گذشته برای ساختن نظریه‌های جدید و جامعتر استفاده می‌کنند و آنها را بسط می‌دهند. این نظریه ها پیشگوییهای آزمودنی نیز می‌کنند.
شاید مناسبرترین نقطه برای ورود به مفهوم ابر تقارن، تصویر استاندارد سازندهای بنیادی ماده باشد. تمام مواد تشکیل شده‌اند از مولکولها، که آنها نیز به نوبة خود متشکل از اتمها هستند. اتم تشکیل شده است از تعدادی پروتون و نوترون که در هسته با یکدیگر پیوند دارند و اطراف هسته را «ابری»از الکترونها احاطه کرده است. هر عنصر را با تعداد پروتونهایش مشخص می‌کنند.
تا همین اواخر چنین می‌اندیشیدند که پروتونها و نوترونها ذراتی بنیادی‌اند. آزمایشهایی که در دو دهۀ گذشته با شتابدهنده‌های پر انرژی انجام شده روشن کرده است که چنین نیست؛ به نظر می‌رسد که پروتونها و نوترونها از ذراتی بنیادی تر به نام کوارک تشکیل شده‌اند. مشاهده شده است که کوارکها حامل کسری (3/2+ یا 3/1-) از بار الکتریکیِ پروتونها هستند. شش "طعم " یا شش نوع کوارک وجود دارد. آنها را بالا، پایین، افسون،شگفت،سر و ته نامیده‌اند.
انتظار نمی‌رود یک تک کوارک را بشود مجزا کرد یا به تنهایی مشاهده کرد. کوارکها همیشه جزئی از ذرات مرکبی هستند که هادرون نامیده می‌شوند. صدها صادرون شناسایی و فهرست شده اند. انها شامل پروتون و نوترون و نیز ذرات ناآشناتری نظیر پیون و کائون‌اند. مثلا، پروتون ترکیبی است از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین، و نوترون ترکیبی است از یک کوارک بالا و دو کوارک پایین. به عنوان یک تشبیه مناسب، می‌توان کوارکها را شبیه به دو انتهای یک ریسمان دانست و هادرونها را کل ریسمان در نظر گرفت که شامل کوارکها نیز هست. فرض کنید بخواهیم با برخورد دادن دو هادرون کوارکی را مجزا کنیم. اگر،پس از برخورد، یک کوارک بخواهد فرار کند ریسمان را خواهد کشید و آن را پاره خواهد کرد. این امر به تولید ریسمانهای بیشتر، یعنی هادرونهای بیشتر می‌انجامد (که اکثراً پیون‌اند ، زیرا آنها سبکترینِ هادرونها هستند).
بر عکسِ پروتون و نوترون، به نظر می‌رسد الکترون ذره‌ی بنیادی باشد. در واقع الکترونها جزء خانواده‌ی دیگری از به اصطلاح ذرات بنیادی اند که لپتون نامیده می‌شوند. لپتونها نیز شش طعم دارند: الکترون، میون، ذرۀ تاؤ، نوترینوی الکترون،نوترینوی میون، ونوترینوی تاؤ.
تمام بر هم کنشهای میان لپتونها و کوارکها را می‌توان در اثر چهار نوع نیرو دانست: گرانش، الکترومغناطیس،نیروی قوی، و نیروی ضعیف . نیروی الکترومغناطیسی الکترونها و هسته‌ها را به یکدیگر می‌پیوندد و اتمها را می‌سازد. اتمها اگر چه از نظر الکتریکی خنثی هستند، از طریق یک نیروی الکترومغناطیسیِ باقیمانده برهم کنش می‌کنند و مولکولها را تشکیل می‌دهند. نیروی قوی کوارکها را به هم پیوند می‌دهد تا پروتونها، نوترونها، و تمام هادرونهای دیگر را بسازند، و نیروی قویِ باقیماند میان پروتونها و نوترونها همان نیروی هسته‌ای است که نوکلئونها را در داخل هسته به هم می‌پیوندد. نیروی ضعیف عالم پدیده‌هایی است مثل بعضی از واپاشیهای هسته‌‌ای و جنبه‌هایی از فرایند از فرایند همجوشی، که این فرایند اخیر عامل رها شدن انرژی از خورشید است. در واقع فقط سه نوع نیروی بنیادی وجود دارد. دستاورد بزرگ دو دهۀ گذشته این بوده است که نشان داده شد نیروی الکترو مغناطیسی و نیروی ضعیف تجلیات نیروی واحدی هستند، که نیروی واحدی هستند، که نیروی الکترو ضعیف نامیده می‌شود. قدرت این نیروها خیلی متفاوت است. مثلاً قدرت نیروی الکترومغناطیسیِ میان دو پروتون تقریباً 1036برابر بیشتر از قدرت نیروی گرانشیِ میان آنهاست.
این نیروها در اثر مبادلۀ تعدادی ذره منتقل می‌شوند. فوتون،کوانتوم تابش الکترومغناطیسی است. هشت ذره که گلونون نامیده می‌شو‌ند نیروی قوی را منتقل می‌کنند. فوتون و گلونون را می‌توان به عنوان ذراتی با جرم صفر تعبیر کرد. نیروی ضعیف توسط سه ذره منتقل می‌شود: ذره W+که بار مثبت است، ذرهW-که بار آن منفی است، و ذرۀ که خنثی است. این ذرات، برعکسِفوتون و گلونون، جرم دارند: جرم آنها نزدیک به صد برابرِ جرم پروتون است. تمام این حاملها در آزمایش مشاهده شده‌اند. عامل انتقال دهندۀ نیروی گرانش- که فعلاً گمانی بیش نیست – گراویتون است.
نظریه‌ای که کوارکها و لپتونها و برهم کنش آنها را توصیف می‌کند مدل استاندارد نامیده شده است. برای اینکه مدل استاندارد از نظر ریاضی سازگار باشد باید ذره‌ای موسوم به ذره‌ی هیگز وجود داشته باشد. (ساده‌ترین صورت مدل استاندارد حاوی یک ذره هیگزاست که از لحاظ الکتریکی خنثی است. مدلهای کلی‌تر وجود ذرات هیگز باردار را نیز مجاز می‌دانند.) تصور می‌شود که ذراتw-،w،z0 ،کوارکها، و لپتونها از بر هم کنش با ذرۀ هیگز ناشی می‌شود. مدل استاندار چگونگی برهم کنش ذرۀهیگز با سایر ذرات را پیشگویی می‌کند. ولی جرم خود ذره هیگز را پیشگویی نمی‌کند. خواصی که از ذرۀ هیگز انتظار می‌‌رود چنان است که تاکنون در هیچ آزمایشی پیداکردن یک ذرۀ هیگز ممکن نبوده است، و از آنجا که جرم این ذره معلوم نیست، طرح هر آزمایشی به منظور جستجوی آن مشکلاست.
فیزیکدانان چگونه به این فوج ذرات که در مدل استاندارد موجودند پیبرده اند؟ اول آنکه، ذرات را می‌توان به دو دستۀ اصلی تقسیم کرد: فرمیونها و بوزونها. لپتونها و کوارکها، یعنی سازندهای اصلی ماده، فرمیون‌اند. ذرات اصلی چهار نیرو را منتقل می‌کنند بوزون اند . فرمیونها چنان رفتار می‌کنند که گویی حامل تکانه‌ی زاویه‌ای ذاتیی، موسوم به اسپین، برابر با مضارب نیمدرستی (2/1،2/3، و الی آخر) از ثابت پلانک‌اند. ثابت پلانک خود واحد بنیادی تکانه‌ی زاویه‌ای در نظریه‌ی کوانتوم است. بوزونها اسپینهایی دارند که مضارب درستی (0، 1، 2، و الی آخری) از ثابت پلانک‌اند. این اختلاف اسپین به میزان مضرب نیمدرست که میان فرمیونها و بزونها وجود دارد داری اثرات بسیار زیادی است . فرمیونها" ضدجماعت" اند و میل به اشغال حالتهای انرژی مختلف دارند ؛ بوزونها"جماعت گرا" هستند و به متراکم شدن در یک حالت انرژی واحد گرایش دارند. تمام لپتونها و کوارکها فرمیونهای با اسپین 2/1اند. فوتون، ذرات W+، W- و Z0 و هشت گلئون ، بوزونهایی با اسپین 1 اند. انتظار می‌رود گراویتون بوزونی باشد با اسپین 2 و ذرۀ هیگز بوزونی باشد با اسپین صفر (یعنی بی اسپین ).
یکی از عناصر مهم وحدت در مدل استاندارد، مفهوم تقارن است. برهم کنشهای میان ذرات مختلف، در قبال تعدادی مبادلات ظریف، متقارن اند(یعنی ناوردا، یا تغییر ناپذیرند). به عنوان مثال، فرض کنید تعداد پروتوندر مجاورت یکدیگر چیده شده باشند (نظیر آنچه در هسته می‌گذرد) به طوری که نیروی قوی میان آنها خیلی بیشتر از نیروی دافعه‌ی الکترومغناطیسی باشد. آنگاه فرض کنید بتوانیم نیروهای قویی را که میان پروتونها عمل می‌کنند اندازه بگیریم. حال اگر به جای هر پروتون یک نوترون بنشانیم این نیروها بلاتغییر می‌مانند. در واقع از نظر ریاضی می‌توان تصور کرد که به جای هر پروتون "مخلوطی " از پروتون و نوترون نشانده شده باشد، که در این مورد هم نیروها بدون تغییر باقی می‌ما‌نند. این مثالی است از تقارنی که در آن در تمام نقاط فضا مبادلۀ یکسانی انجام می‌شود.
تقارن‌های کلی‌تر آنهایی هستند که در آنها مبادلات از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر در فضا و زمان تغییر می‌کند. این تقارن‌ها عناصر مهم نظریه‌های پیمانه‌ای‌ اند. تمام بر هم کنشهایی را که توسط مدل استاندارد تشریح شده‌اند، می‌توان با موفقیت با استفاده از این تقارنهای تعمیم یافته توجیه کرد.
حالا زمینه برای مطرح کردن ابر تقارن آماده است. واضح است که علی رغم موفقیت مدل استاندارد، اگر فیزیکدانها بخواهند امیدوار به درک خواص ماده به طور کامل باشند، باید به ماوراء این مدل بنگرند؛ بعضی از جنبه‌های مدل استاندارد اسرار آمیزند و از کشفیات بیشتری درآینده حکایت دارند. اولاً هیچکس نمی‌تواند توضیح بدهد که چرا مدل استاندار به صورتی که هست در می‌آید. ساختار ریاضی این نظریه زیباست و به طور اعجاب آوری ساده است، و برهم کنشهای مشاهده شده تقارنهایی زیادی نشان می‌دهند . باوجود این، از دیدگاه نظری، تعدادی صورتهای دیگر (انتخابهای مختلف از تقارنها) نیز می‌توانند به همان اندازه معقول و زیبا باشند. ثانیاً هیچ درکی از منشاءِ فیزیکی جرمهای ذرات بنیادی، و نیز قدرت نیروهایی که میان آنها عمل می‌کنند نداریم. چرا آنها این مقادیر را دارند؟ فیزیکدانان ذرات بنیادی اکثراً امیدوارند که سرانجام بتوانند این پارامتر‌ها را ، به جای اندازه گیری صِرف، محاسبه کنند. هر چند در حال حاضر هیچ سرنخی در دست نیست که مستقیماً نشان بدهند. چگونه می‌توان مدل استاندارد را بسط داد، اما به نظر بسیاری از فیزیکدانها، ابرتقارن احتمالاً همان جهتی است که باید به آن توجه کرد. در یکی دو سال گذشته برای جستجوی نشانه‌های ابر تقارن در طبیعت کوشش‌هایی به عمل آمده است.
جستجو برای یافتن نشانه‌های تجربی ابر تقارن، بر کشف ذرات جدید متمرکز شده است. دلیلش این است که این نظریه ایجاب می‌کند برای هر ذرۀ معمولی یک "ابر همراه " وجود داشته باشد . این ابر همراه همان خواص ذرۀ معمولی را دارد، جز اسپین اش که به اندازۀ نیم واحد متفاوت است. به عبارت دیگر، تفاوت ابر تقارن با نظریه‌های قبلی در آن است که این نظریه دو دستۀ اساسی ذرات، یعنی فرمیونها و بوزونها را به یکدیگر مربوط می‌کند . علاوه بر این قدرت نیروهای برهم کنشیِ میان ابرهمراه‌های پیشنهادی با قدرت نیروهای برهم کنشی میان ذرات مختلف معمولی یکسان است. آن دسته از ابر همراههای فرمیونها را که اسپین صفر دارند با افزودن "اس" در جلوی اسم ذرۀ معمولی نامگذاری کرده‌اند. مثلاً، الکترون و کوارک اسپین آنها2/1 است همراههایی دارند با اسپین صفر که به ترتیب اس الکترون و اس کوارک نامیده می‌شوند. ابر همراههای اسپین 2/1 بوزونها را افزودن پسوند «ینو» به ریشه‌ی اسم ذره‌ی معمولی نامگذاری کرده‌اند. مثلاً، ابر همراه فوتون با اسپین 1، فوتینو است با اسپین 2/1، و ابر همراه گلوئون با اسپین 1، گلوئینو است با اسپین 2/1. (در مورد ذرۀ هیگز کمی پیچیدگی فنی وجود دارد. در نظریه ابر تقارن وجود هر نوع ذره‌ی هیگز خنثی و باردار لازم می‌آید :ذرۀ H+ با بار مثبت، ذرۀ H با بار منفی، و سه ذرۀ خنثی که جمعاً با H0 نشان داده می‌شوند، مورد نیازند.)
از دو برابر کردن تعداد ذرات بنیادی چه مزایایی به دست می‌آید؟ اولاً،ابرتقارن می‌تواند یک مشکل اساسی را حل کند: این نظریه سازوکاری را میسر می‌کند که توسط آن یک نظریۀ واحد را می‌توان برای توضیح دو انرژی مهم، یا دو جرم مهم، که چندین مرتبۀ بزرگی با یکدیگر تفاوت دارند به کار برد. (همان طور که گفته شد با توجه به معادلۀ مشهور انیشتین،E=mc2، جرم و انرژی معادل‌اند و می‌توان آنها را به جای یکدیگر به کار برد.) این انرژیها عبارت اند از جرمهای ذرات W+، Wو Z0 که تقریباً 1011الکترون ولت است، و آنچه را که جرم پلانک می‌نامیم که حدوداً 1028 الکترون ولت است. در هر نظریه‌ای که بخواهد گرانش را در این امر وحدت چهار نیروی بنیادی را توضیح بدهد، جرمِ پلانک یک کمیت مهم است؛ اگر ذراتی بنیادی با جرم 1028الکترون ولت وجود داشته باشند، شدت نیروی گرانش میان آنها بیشتر از شدت هر یک از نیروهای بنیادی دیگر خواهد بود.
طبیعتاً می‌توان انتظار داشت که در یک نظریۀ بنیادی که شامل جرم پلانک است، اگر جرمهای ذرات W و Z0 قابل محاسبه باشد، باید تقریباً از همان مرتبۀ بزرگی جرم پلانک باشند، نه آنکه 1017مرتبه کوچکتر. اما در نظریۀ ابر تقارن، حذف شدنهای ظریفی پیش می‌آید که امکان می‌دهد جرمهای W و Z0 چندین مرتبۀ بزرگی کوچکتر از جرم پلانک باشند، درست همان طور که از مشاهده معلوم شده است. این حذف شدنهای ظریف از سرِ ناچاری ابداع نشده‌اند، این ساختار ریاضی نظریۀ ابر تقارن است که آنها را تضمین می‌کند.
البته باید خاطر نشان کرد که همۀ انرژیهای خیلی متفاوت هم مسئله آفرین نیستند. مثلاً، نظریه‌های موجود به راحتی می‌توانند سطوح انرژی مشاهده شده را هم درهادرونها (نظیر پروتونها ونوتورنها) و هم در اتم‌ها توضیح بدهند، هر چند که سطوح انرژی هادرونها تقریباً 109الکترون ولت و سطوح انرژی اتمها حدود 10 الکترون ولت است. دلیل این امر در سلسله مراتب ساختار نهفته است : اتمها از هسته‌ها و الکترونها ساخته شده‌اند، هسته‌ها از پروتونها و نوترونها، و پروتونها و نوترونها از کوارکها. با وجود این اگر کسی بخواهد برای ذرات و بر هم کنشهای بنیادی نظریه‌ای بسازد، دیگر نمی‌تواند به چنین سلسله مراتبی متوسل شود.
دومین جنبۀ ابر تقارن رابطۀ نزدیک آن با نظریۀ اینشتین دربارۀ گرانش است. از زمانی که اینشتین نظریۀ نسبیت عام را اظهار کرد، فیزیکدانها کوشیده‌اند گرانش را با مکانیک کوانتومی‌وحدت ببخشند اما در این امر موفقیت چندانی نداشته‌اند. اکنون نظریه‌پردازان عموماً بر این باورند که نظریۀ کوانتومی‌گرانش یک نظریۀ ابر تقارنی خواهد بود.
هرچند بسیاری از فیزیکدانان در پرداخت ابر تقارن سهیم بوده‌اند، فرمولبندی این نظریه، طوری که از نظر ریاضی سازگار باشد، برای نخستین بار در اوائل دهۀ 1970 توسط چند گروه مختلف که مستقل از یکدیگر کار می‌کردند انجام شد آندره نه وو و جان شوارز، که در آن زمان در دانشگاه پرینستون بودند؛ پی‌یر رامون از دانشگاه فلوریدا؛ گلفنو لیختمن از مؤسسه فیزیک آکادمی‌علوم اتحاد جماهیر شوروی؛ آکولف و ولکف از مؤسسه فنی – فیزیکی اوکرائین؛ و ژولیوس‌وس از دانشگاه کارلسروهه در آلمان غربی و برونو زومینو از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی.
اگر طبیعت واقعاً ابر متقارن باشد باید ابر تقارنِ آن یک "تقارن شکسته" باشد، یعنی تقارنی باشد که به طور تقریبی یا فقط در بخشهایی از نظریه برقرار بماند. تصور کنید اگر طبیعت دقیقاً ابر متقارن می‌بود چه پیش می‌آمد. اس الکترونها جرم مشابهی با الکترونها می‌داشتند و توسط نیروی الکترومغناطیسی به پروتونها مقید می‌بودند. خواص اتمهایی که به این طریق تشکیل شوند با خواص اتمهای معمولی تفاوت بسیار خواهد داشت. هر الکترون، به عنوان یک فرمیون، باید سطح انرژی متفاوتی را در اتم اشغال کند؛ اس الکترون‌ها به عنوان بوزون، سطوح انرژی مشابهی را اشغال خواهند کرد. اگر اتمها به جای الکترون حاوی اس الکترون می‌بودند جدول تناوبی عناصر کاملاً با جدول فعلی فرق می‌کرد. از آنجا که چنین اتمهایی مشاهده نشده‌اند جرم اس الکترونها (اگر اس الکترونی وجد داشته باشد ) باید بیشتر از جرم الکترونها باشد و بنابراین ، تقارن شکسته است.
ممکن است در وهلۀ اول چنین به نظر برسد که توسل به تقارنِ شکسته یک راه حل خاص برای این وضعیت بخصوص است. اما در واقع مفهوم تقارنِ شکسته برای فیزیکدانها ابزاری آشنا و قدرتمند است. یکی از بزرگترین پیروزیهای آن در نظریۀ بر هم کنشهای الکتروضعیف دیده می‌شود. در این نظریه ، تقارنی که ایجاب می‌کند فوتون و ذرات W+، W-و Z0 همگی بدون جرم باشند، شکسته شده است. در نتیجه انتظار می‌رود W+، W-و Z0 جرم داشته باشند. بعلاوه، جرم این ذرات به طور صحیح در نظریه پیش بینی می‌شود.ساختن نظریه‌ای که در آن تمام جنبه‌های مطلوب یک ابرتقارن کامل حفظ شود، ولی ابرتقارن آنچنان شکسته باشد که جرم ابر همراهها خیلی بیشتر از جرم ذرات متناظر آنها در مدل استاندار باشد، ساده است.
آیا می‌توان جرم ابر همراهها را پیشگویی کرد؟ در استدلالهای مربوط به اختلاف زیادِ جرم بوزونهای Wو Z0و جرم پلانک، یک پاسخ محتمل مطرح شده است. حذفهای ظریفی که برای توضیح این اختلاف جرم لازم است در یک نظریۀ ابرتقارنیِ کمی‌شکسته نیز مؤثر باقی می‌مانند، مشروط بر آنکه جرم ابر همراهها خیلی بیشتر از جرم بوزونهای Wو Z0نباشد.
با پیشرفت کار بر روی ساختار ریاضی و خواص نظریات ابر تقارنی، فیزیکدانها هر چه بیشتر در این فکرند که چگونه می‌توان شواهد تجربیابر تقارن را آشکار ساخت. اگر طبیعت ابر تقارن باشد چگونه میتوان این امر را تشخیص داد؟ پی‌یر فایه، که اکنون در پاریس است، برای اولین بار این سؤال را بررسی کرد و در بخشی از این بررسی گلنیس فرار که اکنون در دانشگاه راتگرز است، با وی همکاری می‌کرد. تا اوائل دهۀ انگیزه‌های ریاضی برای بررسی ابر تقارن روشنتر شده و درک بهتری از چگونگی ساختن مدلهای واقعی بار تقارنی به دست گامده بود. در آن زمان ما و عده‌ای دیگر شروع به بررسی مشروح این موضوع کردیم که چگونه می‌توان شواهد ابر تقارن را تشخیص داد.
امروزه پاسخ این سؤال اساساً معلوم شده است. فیزیکدانها می‌دانند چگونه پیش بینیهای نظریه‌های ابر متقارن را محاسبه کنند و چطور تصمیم بگیرند که آیا یک علامت آزمایشی مشخص، یا رده‌ای از رویدادها، یک نظریه ابر تقارنی را اثبات می‌کند یا نه. علاوه بر این معلوم شده‌ است که اگر هیچ علامتی هم در یک مجموعه آزمایش معین مشاهده نشود، چگونه می‌توان حدود کمی‌برای یک نظریۀ ابر تقارنی قائل شد.
فرض کنید دو ذرۀ معمولی نظیر دو الکترون یا دو پروتون تا انرژیهای زیاد شتاب داده شده باشندو در برخوردی که پس از آن صورت می‌گیرد، ذرات ابر تقارنی به وجود آمده باشند.ابر تقارن موجود در مورد این ذرات چگونه پیشگوییهایی می‌کند؟
یکی از اصول بقا ابرتقارن به دو نتیجه منجر می‌شود: نخست آنکه ذرات ابر تقارنی نمی‌توانند به صورت منفرد ایجاد شوند؛ آنها حتماً به صورت زوج تولید می‌شوند. دوم، اگر یک ذرۀ ابرتقارنی به وجود بیاید محصولات واپاشی آن باید حاوی تعدادی فرد از ذرات ابر تقارنی باشند . نتیجتاً کم جرم‌ترین ذرۀ ابر متقارن باید پایدار باشد، زیرا هیچ ذرۀ ابر متقارن سبکتری وجود ندارد که این ذره بتواند به آن وابپاشد. برای کم جرم‌ترین ذرۀ ابرتقارنی چندین نامزد وجود دارد. در حال حاضر می‌توانیم فرض کنیم که این ذره فوتینو است.
برای آشکارسازی ابر تقارن در آزمایشگاه، وجود کم جرم‌ترین ذرۀ ابرتقارنی پیامدهای مهمی‌دارد. (علاوه براین، وجود کم جرم‌ترین ذرۀ ابرتقارنی می‌تواند پیامدهای کیهانشناختی نیز داشته باشد: این ذره ممکن است وجود آنچه را که مادۀ کدر، یا جرم نایافتۀ جهان ، نامیده شده است توضیح بدهد.) تمام ذرات ابر تقارنی به اسنثنای کم جرم‌ترین آنها به ذراتی واپاشیده می‌شوند که حتماً زنجیرۀ واپاشی آنها، در انتها، شامل کم جرم‌ترین ذره است. این واپاشیها آنچنان سریع روی می‌دهند که ذرات واپاشنده فرصت پیمودن مسافتی را که قابل آشکار سازی باشد نمی‌یابند. اگر یک ذرۀ ابر تقارنی تولید شود، فقط محصولات پایدارِ واپاشی آن، که همان ذرات مدل استاندارد و کم جرم‌ترین ذرۀ ابرتقارنی باشند، در آزمایشگاه مشاهده خواهندشد. بنابراین، برای آشکار سازی ذرات ابر تقارنی باید کم جرم‌ترین ذرۀ ابرتقارنی را آشکار کرد .
متأسفانه احتمال آشکارسازی مستقیم کم جرم‌ترین ذرۀ ابر تقارنی آنچنان کم است که قابل چشمپوشی است: این ذره به صورت خیلی ضعیف با مادۀ معمولی برهم کنش می‌کند و بنابراین از هر آشکارسازی خواهد گریخت. در نتیجه، انرژی کل (شامل جرم سکون) برای ذرات محصول آشکار شده کمتر از انرژی کل ذرات خواهد بود. به عبارت دیگر رد پای ابرتقارن، ناپدید شدن انرژی است: انرژی توسط کم جرم‌ترین ذرۀ ابرتقارنی خواهد گریخت.
آیا با مشاهدۀ اینکه مقدار معتنابهی انرژی ناپدید شده است می‌توان ذره‌ای را کشف کرد؟ پاسخ مثبت است این همان روشی است که با آن در حدود 50 سال قبل وجود نوترینو نتیجه گیری شد. در همین اواخر وجود بوزون W نیز به همین شیوه اثبات شد. در آزمایشهایی که در سرن (آزمایشگاه فیزیک ذرات در ژنو) انجام شد، از طریق برخورد پروتونها و پاد پروتونها بوزونهای W تولید شد. (پاد پروتون از لحاظ جرم با پروتون یکسان است ولی با آن منفی است.) پس از تولید، بعضی از بوزونهای W به یک الکترون و یک نوترینو واپاشیده شدند. نوترینو از آشکارساز می‌گریزد و الکترون پرانرژی باقی می‌ماند. با اندازه‌گیری انرژی الکترون و تعیین اینکه انرژی نوترینو چقدر باید باشد تا بقای انرژی برقرار بماند، به وجود بوزون W پی بده شد و جرم آن تعیین شد.
اکنون با برخورد دهنده‌های الکترون –پوزیترون، و پروتون- پادپروتون، آزمایشهای مشابهی برای آشکار سازی ذرات ابرتقارنی در دست انجام است. (جرم پوزیترون با جرم الکترون مساوی ولی بار آن مثبت است.) برخورد میان الکترونها و پوزیترونها می‌تواند زوجهای اس الکترون با بارهای مثبت و منفی را تولید کند. اس الکترون مثبت به سرعت به یک پوزیترون و یک فوتینو واپاشیده می‌شود، و اس الکترون منفی به یک الکترون و یک فوتینو واپاشیده خواهد شد. هر دو فوتینو خواهند گریخت، لذا پدیده‌ای از این نوع، اگر صورت بگیرد، مشخصه‌اش این است که درآن به طور متوسط نیمی‌از انرژی ناپدید خواهد شد.
چون پوزیترون و الکترون خروجی از دو واپاشی مختلف به وجود می‌آیند، جهت آنها به هم مربوط نخواهد بود: آنها، آن چنان که در یک برخورد معمولی انتظار می‌رود، به دو جهت مخالف نخواهند رفت. علاوه بر این، اگر با باریکه‌های ذرات ورودی و پوزیترون خروجی صفحه ای تعریف کنیم، باز هم بر خلاف نتیجه برخورد معمولی، الکترون خروجی لزوماً در آن صفحه واقع نخواهد شد. برای یافتن رویدادهایی با چنین مشخصات، جستجوهایی در برخورد دهنده‌های الکترون – پوزیترون، نظیر سسر در دانشگاه کورنل، پپ در دانشگاه استانفورد، و پترا در هامبورگ انجام شده است.تاکنون هیچ رویداد نامزدی دیده نشده است.
نتایج منفی، ابر تقارن را رد نمی‌کنند. آنها فقط به این معنی هستند که اس الکترونهای سبکتر از بالاترین انرژی قابل حصول در برخورد دهنده‌های الکترون – پوزیترون وجود ندارند: جرم اس الکترون حداقل باید 23 برابر بزرگتر از جرم پروتون (تقریباً یک میلیارد الکترون ولت)، یا باشد. Wحدود 28 درصد جرم بو زون
(روشهای غیر مستقیمی‌وجود دارد که امکان جرمهای بیشتر را رد می‌کند). چنین حدود کمی‌را به این دلیل می‌توان به دست آورد که ابر تقارن یک نظریه کاملاً روشن است و به کمک آن می‌توان محاسبه کرد که آیا در یک وضعیت آزمایشی معین انتظار می‌رود که تعداد رویدادهای ناشی از ذرات ابر تقارنی با جرم معین پس از حداقل لازم برای آشکار سازی باشد یا نه. بدون چنین محاسباتی هم می‌توان یک نتیجه مثبت را به عنوان اثبات ابر تقارن تفسیر کرد؛ ولی یک نتیجه منفی تنها بدان معناست که تعداد ابر – همراههای تولید شده بسیار کم بوده است، و درباره جرمهای مجاز محتمل اطلاعاتی هم نمی‌دهد. از آنجا که Wاین انتظار که جرم ذرات ابر تقارنی به اندازه جرم چند بو زون
باشد معقول است، به برخورد دهنده‌هایی نیاز داریم که قادر به کاویدن نواحی انرژی بالاتر باشند.
انرژیهای قابل حصول در برخورد دهنده‌های پروتون – پادپروتون کمی‌بالاتر است، ولی در آنجا مقایسه میان نظریه و تجربه کار ظریفتری است.
دلیل این امر ماهیت مرکب پروتون است: در محاسباتی که در این مورد انجام می‌شود باید این را هم به حساب آورد که هر پروتون تشکیل شده است از سه کوارک و تعدادی گلوئون که کوارکها را به یکدیگر مفید می‌سازد. همان طور که انتظار می‌رود در یک پروتون متحرک، حدود نیمی‌از تکانه توسط گلوئونها و نیم دیگر توسط کوارکها حمل می‌شود. پس هر یک از سه کوارک باید حدود یک ششم تکانه کل را حمل کند. دستگاههای موجود، که محدودیت آنها اساساً به دلایل اقتصادی است. برخوردهایی را میان الکترونها و پوزیترونها و میان پروتونها و پادپروتونها، به ترتیب با 23 و 315 میلیارد الکترون ولت (BeV) انرژی تدارک می‌بینند. در نتیجه کوارکها و گلوئونهای موجود در یک پروتون، هر چند که فقط بخشی از تکانه پروتون را حمل می‌کنند، هنوز می‌توانند به منظور جستجوی جرم در مقیاسهایی بزرگتر از آن چه در برخورد دهنده‌های الکترون پوزیترون امروزی قابل حصول است، مورد استفاده قرار بگیرند.
در برخورد دهنده‌های پروتون – پادپروتون و پروتون – پروتون، برخوردهای متعدد مختلفی می‌تواند صورت بگیرد. فرض کنید کوارکی از یک پروتون به گلوئونی از یک پادپروتون برخورد می‌کند و یک اس کوارک و یک گلوئیو تولید می‌کند. اس گوارک به سرعت به یک کوارک و یک فوتینو وا پاشیده می‌شود، و گلوئینو به یک کوارک یک پادکوارک، و یک فوتینو وا پاشیده خواهد شد. یک کوارک با یک پادکوارک منفرد نمی‌تواند از برخورد بیرون بیاید، بلکه در عوض بیرون آمدن باید به نحوی خود را به یک هادرون تبدیل کند. چون در این حالت ذره گسیل یافته پر انرژی است، خود را به گروهی از هادرونها، که همگی تقریباً در همان جهت کوارک اصلی در حرکت اند، تبدیل خواهد کرد. در اصطلاح فیزیکی چنین گروهی از هادرونها را حتی از هادرونها می‌نامند.
در این مثال سه جت هادرونی (برای هر کدام از دو کوارک یک جت، و یک جت هم برای پادکوارک) و دو فوتینو از ناحیه اطراف برهم کنش خارج می‌شوند. هنگامی‌که گلوئینو وا پاشیده می‌شود، انرژیش در میان کوارک، پادکوارک، و فوتینو تقسیم می‌شود. اما لازم نیست که انرژی حتماً به طور مساوی تقسیم شود؛ بعضی اوقات یکی از سه محصول واپاشی بیش از نیمی‌از انرژی موجود را به دست می‌آورد. اگر چه عدم توازن انرژی و سایر تأثیرات، مقایسه میان نظریه و تجربه را در برخورد دهنده‌های پروتون نسبت به برخورد دهنده‌های الکترون مشکلتر می‌سازد، ولی به هر حال این مقایسه را می‌توان انجام داد.
به عنوان مثال، در 1982 ژاک لویل، که در آن زمان در دانشگاه میشیگان بود، و یکی از ما (کین) پیشنهاد کردیم که اگر مشاهدات مشخصی (نظیر یک یا چند جت ذرات هادرون صورت بگیرد، دلالت بر ابر تقارن خواهد داشت در سال بعد هیجان بیشتری به وجود آمد و آن هنگامی‌بود که مشاهده رویدادهایی از این نوع در آشکاسازهای UA1 وUA2 در سرن گزارش شد. چندین گروه از نظریه پردازان احتمال، ایجاد ذرات ابرتقارنی در این تجربیات را بررسی کرده اند. ما با همکاری مایکل بارنت، از آزمایشگاه لارنس برکلی تحلیل مفصلی انجام داده ایم. تحلیلهای دیگری توسط جان الیس از سرن و هنری کوالسکی ازدسی (شتاب دهنده الکترون در هامبورگ)، توسط ورنون بارگر از دانشگاه ویسکانسن در مدیسون و همکارانش، و توسط اوالد ریا از دانشگاه دورتموند در آلمان غربی و روی از مؤسسه تحقیقات بنیادی تاتا در هندوستان انجام شده است.
ابتدا از روی تعداد رویدادهای همراه با انرژی ناپدید که در نمونه داده‌های اصلی (هر چند اندک) مشاهده شد، احتمال وجود ذرات جدیدی می‌رفت. با وجود این رویدادهای پیش بینی شده در مدل استاندارد نیز می‌توانند با پیکر بندیی شبیه به پیکر بندی مشاهده شده در سرن ظاهر شوند.
لذا لازم است تحلیلیهای آماری انجام شود تا ثابت شود که با پدیده‌های کاملاً جدیدی روبرو هستیم. با آن که اکنون داده‌های بیشتری گردآوری شده، هنوز وضعیت مبهم مانده است، هر چند احتمال این که کشف ذرات ابر تقارنی صورت گرفته باشد، اکنون از آن چه که در ابتدا به نظر می‌رسید کمتر است.
امسال در برخورد دهنده سرن داده‌های بیشتری گردآوری خواهد شد که ممکن است این موضوع را روشن تر ساد که آیا هیچ یک از معدود رویدادهای نامزد به تولید ذرات ابر تقارنی مربوط می‌شوند یا خیر.
ما به اتفاق بارنت یک تحلیل جامع از داده‌های سرن انجام داده ایم. ابتدا فرض کردیم فوتینو کم جرم ترین ذره ابر تقارنی است. با این فرض اضافی که رویدادهای با انرژی ناپدید را می‌توان به حساب مدل استاندارد گذاشت، به این نتیجه رسیدیم که جرم گلوئینوها و اس کوارکها باید از حدود 75 برابر جرم پروتون، یا 70 میلیارد الکترون ولت بیشتر باشد
ناپدید شدن انرژی نشانه خاص ابرتقارن است. فرض کنید ذره ای به دو ذره دیگر وا پاشیده شود و هر دو ذره توسط یک آشکار ساز کروی ثبت شوند. آن گاه اگر آشکار ساز را بر یک سطح تخت "باز کنیم" دو قله ظاهر می‌شود، که هر یک نشان دهنده یکی از ذرات است. اگر آشکار ساز تنها یکی از دو ذره را ثبت کند، فقط یک قله ظاهر خواهد شد. و به نظر خواهد رسید که انرژی ناپدید شده است. چون ذرات ابر تقارنی از تمام آشکارسازهای شناخته شده می‌گریزند مشخصه تولید آنها رویدادهایی هستند با یک قله. چنین رویدادهایی، که یکی از آنها در این جا نشان داده شده، در آشکار ساز در سرن یافت شده اند.
با وجود این، رویدادهایی نیز که توسط مدل استاندارد پیش بینی شده اند، ممکن است با همین شکل ظاهر شوند، و لذا هنوز روشن نیست که ذرات ابر تقارنی تولید شده باشند.
تحلیل داده‌های به دست آمده در سرن نشان می‌دهد که اگر اس کوارکها و گلوئینوها وجود داشته باشند، جرم آنها احتمالاً بیش از 70 میلیارد الکترون ولت است.
هر چند این جرم، جرم بزرگی است، ولی هنوز از جرم بوزون W 81 میلیارد الکترون ولت) کمتر است.
در عین حال اگر ثابت شود که بعضی از این رویدادها مربوط به تولید ذرات ابر تقارنی اند تحلیل ما ایجاب می‌کند که فوتینو کم جرم ترین ذره ابرتقارنی نباشد. با توجه به آن که جرم ذرات ابر تقارونی معلوم نیست این نتیجه شایان توجه است. ما به این دلیل توانستیم به این نتیجه برسیم که نظریه ابر تقارنی قویاً مفید است و لذا پیشگویی‌هایی در جزئیات می‌کد که می‌توان آنها را به آسانی به طور تجربی آزمود.
ما با همکاری ماریانو کوئیروس از مؤسسه ساختار مواد از شورای تحقیقات علمی‌در اسپانیا (CSIC)به این نتیجه رسیدیم که ممکن است کم جرم ترین ذره ابر تقارنی هیگز) باشد.
اگر ثابت شود که وضعیت چنین است، فونینو ناپایدار خواهد بود و باید به یک فوتون و یک هیگزینو وا پاشیده شود. در این سناریو حدودی که می‌توان بر جرم اس کوارک و گلوئینو اعمال کرد کمی‌ضعیف تر است.
هنگامی‌که در آینده دستگاههای با انرژی و شدت بیشتر در دسترس قرار بگیرند، می‌توان ذرات ابر تقارنی سنگینتر را تولید و آشکار کرد.
برخورد دهنده‌های اکترون – پوزیترون که در چند سال آینده شروع به کار خواهند کرد (تربستان در ژاپن، سلک در مرکز شتاب دهنده خطی استانفورد، و لپ در سرن) قادر خواهند بود اس لیتونهای با جرم بیش از 50 میلیارد الکترون ولت را آشکار سازند.
برخورد دهنده پروتون – پادپروتون در فرمی‌لب، که قرار است تا اواخهر امسال شروع به جمع آوری داده ها کند، قادر خواهد بود اس کوارکها و گلوئینوهایی با جرم 100 تا 150 میلیارد الکترون ولت را، بسته به شدت
برخورد دهنده، آشکار سازد. بنابرین قبل از 1990 اس لیتونهای با جرم 50 میلیارد الکترون ولت و اس کوارکهای با جرم 150 میلیون الکترون ولت یا پیدا و یا مطرود خواهند شد.
برای دستیابی به جرمهایی ورای اینها به دستگاههایی احتیاج داریم که در حال حاضر در مرحله طراحی هستند ولی تاکنون تصویب نشده اند. جامعه فیزیک ذره ای آمریکا متعهد به ارائه پیشنهادی شده است دایر بر ساخت ک برخورد دهنده پروتون – پروتون که ابر برخورد دهنده ابر رسانا نامیده شده است. این دستگاه دارای انرژی 20000 میلیارد الکترون ولت در هر باریکه است. و شدتی حدود 1000 برابر بیشتر از شدت برخورد دهنده‌های پروتون – پادپروتون سرن یا فرمی‌لب دارد (دیوید جکسون و دیگران) باSSCمی‌توان اس کوارکها و گلوئینوهایی با جرم بیش از 20 برابر جرم بوزون را پیدا کرد. فیزیکدانها امیدوارند وقتی که چنین دستگاهی به کار افتاد، اگر نه قبل از آن، نشانه‌های تجربی بیابند که دلالت بر نظریه ای فراتر از مدل استاندارد داشته باشد، به طور مشخص داده‌های حاصل از می‌توانند به خوبی تعیین کنند که آیا در مقیاس نیروی الکترو ضعیف، طبیعت ابر متقارن است یا نه، و به این ترتیب به درک قوانین طبیعت در آن مقیاس کمک کنند. شق دیگر آن است که ابر تقارن، در بهترین حالت، می‌تواند یک خاصیت ریاضی نظریه‌های کوانتومی‌میدان باشد. این خاصیت مربوط می‌شود به انرژیها بسیار زیادتر از آنهایی که پژوهشگران می‌توانند به کاوش مستقیم آنها امیدوار باشند.