Ho saputo che nel modello standard supersimmetrico esiste una R-parità che porterebbe a un'introduzione di 2 bosoni di HIggs: vorrei sapere, gentilmente, in che cosa consiste questa R-parità e in che modo è legata ai bosoni suddetti.
Le interazioni sono descritte da una funzione dei campi che si chiama Lagrangiana. Ad esempio un termine nella Lagrangiana proporzionale a eeH descriverebbe un'interazione in cui una particella di Higgs si trasforma in due elettroni. Dalla Lagrangiana, attraverso calcoli più o meno complessi, si possono ricavare predizioni sul comportamento delle particelle. Queste predizioni possono quindi essere confrontate con il risultato degli esperimenti che vengono condotti nel laboratori.
Gli esperimenti di fisica delle alte energie consistono quasi sempre nello studio degli urti tra particelle. Le quantità che si misurano (e che si possono calcolare a partire da una Lagrangiana) sono le probabilità che dall'urto tra due particelle A e B escano determinate altre particelle, in una certa direzione e in un certo stato.
Nel decidere quali funzioni dei campi includere nella Lagrangiana, un elemento assai potente sono le considerazioni di simmetria. Una simmetria della teoria è una trasformazione dei campi che non cambia il valore della funzione Lagrangiana. Vi sono simmetrie ben note, come ad esempio le rotazioni (un urto tra particelle non darebbe risultati diversi se tutti gli apparati di misura venissero appoggiati su un piano inclinato anziché su un piano orizzontale) e altre simmetrie meno intuitive che consistono di trasformazioni opportune dei campi, come ad esempio lo scambio del protone e del neutrone.
Naturalmente uno potrebbe decidere in maniera arbitraria che nella Lagrangiana certi termini sono presenti e altri no. Fintanto che la teoria così costruita fosse in accordo con i risultati sperimentali, uno potrebbe dirsi soddisfatto. Tuttavia una Lagrangiana siffatta sarebbe in un certo senso insoddisfacente. Non si capirebbe perché certi termini, ammissibili dal punto di vista matematico, non sono presenti, oppure perché i coefficienti di un altro gruppo di termini sono tutti uguali tra loro.
Un principio di simmetria impone dei vincoli sui termini che possone essere presenti nella Lagrangiana e quindi permette di "capire" la forma di questa funzione. D'altra parte, se uno volesse non solo riprodurre risultati sperimentali già noti ma anche effettuare delle previsioni per esperimenti futuri, sarebbe praticamente impossibile muovere un solo passo senza delle precise linee guida, che si manifestano appunto come assunti su quelle che sono le simmetrie della Lagrangiana.
La R-parità è precisamente una simmetria delle interazioni descritte dai modelli supersimmetrici. La R-parità di una particella è uguale a uno se 3B-3L+2S è pari; è uguale a meno uno se 3B-3L+2S è dispari, dove B è il numero barionico, L il numero leptonico e S lo spin. È una simmetria discreta, nel senso che vi sono solo due possibili trasformazioni: quella che lascia tutto invariato e quella che cambia segno ai campi che hanno R-parità uguale a meno uno.
Ripetendo questa operazione due volte, si ritorna alla situazione iniziale (come osservando in uno specchio l'immagine di un altro specchio, da cui il nome).
La motivazione per supporre che vi sia tale simmetria è alquanto tecnica ma può essere sintetizzata nel modo seguente: la conservazione della R-parità permette di inserire certi termini desiderabili nella Lagrangiana ma ne esclude altri i cui effetti sarebbero assai indesiderabili.
Ad esempio, la R-parità vieta certi termini che violerebbero la conservazione del numero barionico. In presenza di tali termini il protone decadrebbe immediatamente in particelle più leggere, in contrasto con il fatto sperimentale evidentissimo che i protoni sono stabili.
Per inciso, nel modello standard non supersimmetrico, tali termini non sono del tutto esclusi, ma argomenti di consistenza quantistica implicano che i loro coefficienti devono essere assai piccoli e, di conseguenza, i processi come il decadimento del protone estremamente rari.
Come si diceva sopra, uno potrebbe semplicemente assumere che i termini indesiderati sono assenti, ma si tratterebbe di una assunzione arbitraria. Postulare una simmetria è un modo più elegante di ottenere lo stesso risultato.
Non vi sono legami speciali tra la R-parità e i bosoni di Higgs.
I bosoni di Higgs sono invarianti per R-parità, ma vi sono molte altre particelle che sono invarianti. In realtà nelle teorie supersimmetriche la motivazione per introdurre due bosoni di Higgs èpiuttosto diversa. Uno dei potenziali problemi di cui bisogna sempre tener conto nella costruzione di teorie è che fenomeni quantistici possano rovinare la proprietà di simmetria della Lagrangiana.
Accade talvolta che la Lagrangiana abbia una certa simmetria, ma quando si calcolano tutti gli effetti quantistici il risultato violi la simmetria. Si dice in tal caso che la teoria presenta un'anomalia.
In certi casi queste anomalie possono portare a conseguenze indesiderabili, tali da invalidare la teoria ancor prima di confrontarla con l'esperimento. Una delle possibili sorgenti di anomalie sono i cosiddetti fermioni chirali (particelle come l'elettrone, il neutrino, i quark).
Il modello standard (con o senza supersimmetria) è zeppo di fermioni chirali e quindi di potenziali anomalie. Accade, alquanto mirabilmente, che nel modello non supersimmetrico il numero e il tipo di fermioni necessari a render conto di tutte le particelle note sia tale che le anomalie, sommate algebricamente, si cancellano, di modo che il modello standard è privo di anomalie. La costruzione di una estensione supersimmetrica del modello standard richiede numerose nuove particelle la cui esistenza non è stata ancora provata. In particolare, la supersimmetria richiede che il bosone di Higgs abbia come partner supersimmetrico un nuovo fermione chirale chiamato "Higgsino".Se vi fosse un solo bosone di Higgs ci sarebbe anche un solo Higgsino e questo produrrebbe una anomalia. Per evitarla, si postula che vi siano due bosoni di Higgs con cariche opposte, tali che le potenziali anomalie dovute ai corrispondenti Higgsini si cancellino.