Чарджино – это гипотетическая элементарная частица, являющаяся фермионом, относящаяся к группе суперпартнеров калибровочных бозонов, принимающая участие в электромагнитном и гравитационном взаимодействии.
На сегодняшний день чарджино относят к элементарным частицам, то есть частицам не имеющим внутренней структуры.
Предполагают, что чарджино – это линейная комбинация вино и хиггсино, обладающих электрическим зарядом.
Принятое обозначение для чарджино - $c\tilde \chi^{\pm}_i$ ($i=1,2$).
Предполагают наличие двух типов чарджино:
- легчайшие чарджино ($c\tilde \chi^{\pm}_1$),
- тяжелейшие чарджино ($c\tilde \chi^{\pm}_2$).
Иногда символ $c$, указывающий на заряженность чарджино опускают.
Наличие этих элементарных частиц предсказывает теория суперсимметрии.
Предполагаемыми каналами распада тяжелейшего чарджино являются:
- $c\tilde\chi^{\pm}_2 \to c\tilde \chi^{\pm}_1 + Z^0 (1),$ где $Z^0$ - нейтральный $Z$ - бозон;
- $c\tilde \chi^{\pm}_2 \to \tilde \chi^{0}_2 + W^{\pm} (2),$ где $W$ - бозон, несущий заряд, $\tilde \chi^{0}_2$ - нейтралино 2;
Легчайший чарджино способен распасться на:
$c\tilde \chi^{\pm}_1\to \tilde \chi^{0}_1 + W^{\pm} (3),$, где $\tilde \chi^{0}_1$ - нейтралино 1.
Суперсимметрия
Основной моделью физики больших энергий в настоящее время стала так называемая, Стандартная модель. Она не суперсимметрична. Были придуманы разные дополнения к этой модели с целью получения ее симметрии. Так, Стандартную модель дополнили полями для получения суперсимметричного мультиплета с каждым полем в ней, получилась минимальная суперсимметричная Стандартная модель.
Суперсимметрией (симметрией Ферми - Бозе) называют теорию, которая связала бозоны и фермионы. Теоретическая трансформация бозонных и фермионных квантовых полей в рамках этой теории показывает возможность их взаимного превращения друг в друга. Иначе можно сказать, что преобразования в теории суперсимметрии переводит вещество в излучение (взаимодействие) и обратно.
Первые теории суперсимметрии были предложены более тридцати лет назад.
Если гипотеза о суперсимметрии верна, то она предсказывает наличие большого числа пока не обнаруженных частиц, наделенных массой, которые должны стать «партнерами» частиц из Стандартной модели. Так, например, в этой модели партнер:
- фотона – фотино,
- кварка – скварк,
- лептона – слептон...
В суперсимметричных обобщениях Стандартной модели каждая частица приобретает партнера с теми же самыми квантовыми числами, но спином отличным на $\frac{1}{2}$. Эти частицы названы суперпартнерами. Стандартные частицы не могут быть партнерами по отношению друг к другу, так как в Стандартной модели отсутствуют частицы с одинаковыми квантовыми числами, и при этом разними спинами.
Стандартная модель обладает рядом проблем, с которыми справляются теории суперсимметрии:
- Проблема иерархии.
- Проблема бегущих калибровочных постоянных.
- Наличие необнаруженной темной материи во Вселенной.
Отметим, что теории суперсимметрии привносят и некоторые проблемы, такие как:
- Увеличение количества полей в два раза.
- Проблему $\mu$ - члена.
- Проблему ароматовой универсальности мягких членов и $A$ - масс.
- Малые фазы СP – нарушения.
Поиски разных проявлений суперсимметрии в природе стали важной задачей множества опытов на коллайдерах.
Только прямые эксперименты по рождению суперпартнеров могут доказать или уничтожить теорию суперсимметрии в физике элементарных частиц.
На сегодняшний день экспериментальные данные, которые подтвердили бы гипотезы суперсимметрии, отсутствуют. Множество ученых полагают, что данные теории не имеют перспектив.
Чарджино – это частица, которую относят к суперсимметричным, поскольку ее существование предсказывают симметричные расширения Стандартно модели. Ученые, работающие в ЦЕРНе (Швейцария), полагают, что в настоящее время возможности коллайдера должны позволить обнаружить легчайшую из суперсимметричных частиц – чарджино, что будет подтверждением истинности теории суперсимметрии.
Чарджино в реакциях распадов
Ученые предполагают, что чарджино могут возникать в экспериментах, которые проводят, например, в Большом адронном коллайдере, например, в адрон-адронных столкновениях:
$q+\overline q \to c \tilde \chi_i^+ + c\tilde \chi^-_i (4),$
где $i=1,2.$
При взаимодействии неподвижных нейтралино с лептонами ($l$), несущими большую энергию может рождаться чарджино с предельной энергией, которая не зависит от энергии первоначального лептона:
$l+\tilde \chi^{0}_1 \to \nu_l+\tilde \chi^{-}_i (5).$
Распад чарджино, полученного в (5) должен вести к возникновению пары: лептон – антинейтрино. Энергии полученных частиц заключены в определенном интервале, которые определяют исключительно массы начального нейтралино и чарджино.
В случае рассеивания жесткого $\gamma$ - излучения на неподвижном нейтралино, возможны распады вида:
$\gamma +\tilde \chi^{0}_1 \to W^{\pm}+ \tilde \chi^{\pm}_i (6)$.
Данные реакции могут происходить:
- в коллайдере при соударениях между частицами, имеющими высокие энергии и нейтралино (в реакции (6) фотон виртуальный);
- при взаимодействии $\gamma$ - излучения с темной материей нейтралино в ядрах Галактик.
Реакция (6) отражает гипотетический процесс фотообразования чарджино на неподвижной темной материи, состоящей из нейтралино в соответствии суперсимметричным приложением к Стандартной модели.
Распад конечного чарджино должен приводить к возникновению лептонов и нейтрино, имеющих энергии в конечном интервале. Предполагают, что данный сигнал можно будет обнаружить и доказать существование темной материи.
В реакциях распада конечные $W$ - бозоны и чарджино перемещаются в основном по направлению движения первоначального фотона. Но при малом отличии масс чарджино и нейтралино угловое распределение продуктов реакции может быть не равно нулю.
