Investigadores de la Universidad de Southampton y el Instituto de Estudios Avanzados de Corea han demostrado recientemente que la supersimetría es anómala en las teorías de campos cuánticos superconformales (SCFT) N =1 con una simetría R anómala. La anomalía descrita en su artículo, publicado en Cartas de revisión física , se observó previamente en SCFT holográficos con un acoplamiento fuerte, sin embargo, su trabajo confirma que ya está presente en los STFC gratuitos más simples.

"La supersimetría es una simetría que relaciona partículas con espín entero y medio entero, y ha jugado un papel central en muchos avances en la física teórica desde su descubrimiento, "Kostas Skenderis, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Se ha utilizado como un medio para comprender el comportamiento de sistemas cuánticos que interactúan fuertemente donde nuestras herramientas teóricas habituales (teoría de la perturbación) no son aplicables, así como en algunos de los principales candidatos para la física más allá del Modelo Estándar ".

La supersimetría subyace a la consistencia matemática de la teoría de cuerdas, que es la teoría más completa de la gravedad cuántica propuesta hasta ahora. Una anomalía cuántica como la observada por los investigadores, es esencialmente el fracaso de una simetría para conservarse a nivel cuántico. Estas anomalías suelen ser de dos tipos:"malas", que hacen que la teoría de cuerdas sea matemáticamente inconsistente y "sana", que capturan importantes propiedades cuánticas de la teoría.

"La posibilidad de anomalías en la supersimetría se discutió a finales de los 70 y principios de los 90, pero en casos anteriores, las teorías que tenían una anomalía de supersimetría o tenían propiedades no físicas o estaban 'enfermas, 'porque fueron infligidas por otras anomalías cuánticas' malas ', ", Dijo Skenderis." Fue una gran sorpresa cuando uno de nosotros descubrió una nueva anomalía de supersimetría hace dos años, esta vez en una teoría 'saludable' ".

El estudio anterior realizado por Ioannis Papadimitriou, uno de los colegas de Skenderis, inspiró a los investigadores a explorar más a fondo las anomalías de supersimetría en SCFT. En su trabajo anterior, Papadimitriou se inspiró en estudios anteriores que utilizaron diferentes técnicas para calcular los mismos observables físicos y obtuvieron resultados contradictorios. La anomalía demostrada en su trabajo explica en última instancia las inconsistencias observadas en estudios previos.

"El objetivo principal de nuestro reciente artículo de PRL era establecer la existencia de la nueva anomalía utilizando los mismos métodos que llevaron al descubrimiento de anomalías cuánticas hace 50 años en un ejemplo simple de una teoría de campo superconformal N =1 consistente en cuatro dimensiones, "Papadimitriou explicó." La existencia de la nueva anomalía de supersimetría para cualquier teoría superconformal consistente N =1 en cuatro dimensiones se demostró en trabajos anteriores y posteriormente se demostró que existe en una clase mucho más general de teorías que no son necesariamente clásicamente invariantes conforme en . "

En su estudio, Papadimitriou, Skenderis, y sus colegas Georgios Katsianis y Marika Taylor emplearon los mismos métodos utilizados para descubrir anomalías cuánticas a finales de los años sesenta. Calcularon un cierto observable cuántico (función de cuatro puntos de las corrientes de simetría), que debería ser cero si no hay anomalía. Curiosamente, sin embargo, encontraron que no era cero.

"Este cálculo se realizó utilizando la teoría más simple posible (en realidad, el primer modelo supersimétrico cuatridimensional) y esto demostró que la anomalía ya aparece en modelos desarrollados hace mucho tiempo, ", Dijo Skenderis." La principal novedad aquí fue que el observable cuántico que calculamos era diferente de los observables investigados en trabajos anteriores sobre anomalías supersimétricas ".

La forma general de la anomalía de supersimetría demostrada por los investigadores se presentó por primera vez en un estudio anterior de Papadimitriou que empleó las llamadas condiciones de consistencia de Wess-Zumino. Estas condiciones son un conjunto de ecuaciones que deben cumplirse para que las anomalías cuánticas sean matemáticamente consistentes.

"Nuestra observación más importante fue que una clase muy amplia de teorías de campos cuánticos supersimétricos en cuatro dimensiones poseen un cierto tipo de anomalía supersimétrica, ", Dijo Skenderis." Esta anomalía tiene implicaciones potenciales para una gran cantidad de modelos teóricos que van más allá del modelo estándar de la física, " varios de los cuales probablemente sean matemáticamente inconsistentes a nivel cuántico como resultado de la nueva anomalía de supersimetría ".

Además de sus implicaciones teóricas, la anomalía observada por Skenderis, Papadimitriou y sus colegas podrían desempeñar un papel clave en la comprensión microscópica de los agujeros negros particulares que surgen en la teoría de cuerdas. Por último, una mejor comprensión de las anomalías dentro de la teoría de cuerdas podría proporcionar una prueba muy no trivial de la consistencia matemática de la teoría en sí. En su trabajo futuro, Por lo tanto, los investigadores planean investigar más estas anomalías.

"Una mayor generalización de la anomalía de la supersimetría a teorías de dimensiones inferiores o superiores es un paso necesario para explorar completamente las consecuencias de tales anomalías en diferentes contextos, "Dijo Papadimitriou." Además, La identificación de formulaciones diferentes pero equivalentes de la anomalía de supersimetría también es útil para comprender mejor las implicaciones de la anomalía. tanto para la física del modelo estándar como para los agujeros negros supersimétricos. Estas son algunas de las direcciones de investigación que algunos de nosotros estamos siguiendo actualmente ".

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