Large Hadron Collider does not Confirm Supersymmetry

Rainer W. Kühne

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Supersymmetry has been suggested independently in 1971 by Juri Gol’fand and Evgeni Likhtman, in 1973 by Dmitri Volkov and V. Akulov, and in 1974 by Julius Wess and Bruno Zumino. In 1976 Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara, Daniel Z. Freedman, Stanley Deser, and Bruno Zumino suggested a local supersymmetry called supergravity. In 1981 Edward Witten has shown that supersymmetry can solve several shortcomings of Grand Unified theories. In 1984 Michael Green and John Schwarz have shown that string theory and supersymmetry can be combined. This is the superstring theory. In 1995 Edward Witten has shown that the membrane concept can agree the 11-dimensional supergravity with the 10-dimensional superstring theory. Both theories are limit cases of an 11-dimensional M-theory.

Supersymmetric theories predicted that the elementary particles of the standard theory of particle physics (leptons, quarks, photon, gluons, W- and Z-boson, Higgs boson) have supersymmetric partners. This supersymmetric particles (called neutralinos, photino, gluinos, Winos, Zinos, squarks, and sleptons) were all predicted to have rest masses between 50 and 300 GeV (billion electron volts).

Now the ATLAS Collaboration of the LHC (Large Hadron Collider) presented data (arXiv: 1102.2357) which do not confirm the gluino. It would have been detected if its rest mass were less than 700 GeV.

I am not so surprised that signs of light supersymmetric particles have not been detected. I predict that supersymmetry will not be confirmed. My arguments are the following.

(1) The main reason for supersymmetry is that it can explain some shortcomings of minimal Grand Unified Theories, i. e. the mass-hierarchy problem (i. e. the fact that W- and Z-boson do not have rest masses of 10^15 GeV, although they should have “eaten” (coupled to) the Higgs bosons of Grand Unification) and the non-observation of the proton decay (lower limit: mean proton lifetime of 10^33 years).

But this argument requires that there is Grand Unification.

In 1997 I suggested (Modern Physics Letters A 12, 3153 – 3159 = hep-ph/9708394) a generalization of quantum electrodynamics, called quantum electromagnetodynamics. This theory is based on the gauge group U(1) x U’(1). In contrast to QED it describes electricity and magnetism as symmetrical as possible. Moreover it explains the quantization of electric charge. It includes electric and magnetic charges (Dirac magnetic monopoles) and two kinds of photon, the conventional Einstein electric photon and the hypothetical Salam magnetic photon. The electric-magnetic duality of this theory reads:

electric charge — magnetic charge
electric current — magnetic current
electric conductivity — magnetic conductivity
electric field strength — magnetic field strength
electric four-potential — magnetic four-potential
electric photon — magnetic photon
electric field constant — magnetic field constant
dielectricity number — magnetic permeability

Because of the U(1) x U’(1) group structure and the Dirac quantization condition e * g = h (unit electric charge times unit magnetic charge is equal to the Planck constant), this theory is hard to agree with Grand Unification. Although a group such as SU(5) x SU’(5) is in principle not impossible.

(2) Another reason for supersymmetry is that it can explain the existence of (anti-symmetrical) fermions in an otherwise symmetrical theory (such as Special Relativity and General Relativity).

However, it has long been known that a generalization of General Relativity which includes anti-symmetry is Einstein-Cartan theory. The affine connection of this theory includes not only the non-Lorentz invariant symmetrical Christoffel symbol but also the Lorentz invariant anti-symmetrical Torsion tensor.

Within the framework of a quantum field theory, the Torsion tensor corresponds to a spin-three boson called tordion, which was introduced in 1976 by F. W. Hehl et al.: Reviews of Modern Physics 48 (1976) 393 – 416.

In 1999 I discussed (International Journal of Modern Physics A 14, 2531-2535 = arXiv: gr-qc/9806026) the properties of the tordion. Moreover I sugested that the electric-magnetic duality is analogous to the mass-spin duality. This analogy reads:

electric charge — magnetic charge – mass — spin

electric field constant — magnetic field constant — gravitational constant — reduced Planck constant

electric four-potential — magnetic four-potential — metric tensor — torsion tensor

electric photon — magnetic photon — graviton — tordion

(3) Supersymmetric theories including superstring and M theory have not much predictive power. For example, so far no one has shown that these theories predict the empirically obvious Naturkonstanten-Gleichung (fundamental equation of unified field theory, Modern Physics Letters A 14, 1917-1922 = arXiv: astro-ph/9908356):

ln (kappa * c * H * M) = −1 / alpha

where kappa is the Einstein field constant, c is the speed of light, H is the Hubble constant, M is the Planck mass, and alpha is the fine-structure constant. By using the WMAP−5 value

H = (70.5 +/- 1.3) km / (s * Mpc)

(E. Komatsu et al.: Astrophys. J. Suppl. Series 180 (2009) 330 – 376) the left-hand side yields

ln (kappa * c * H * M) = – 137.025(19)

which is within the error bars equal to

- 1 / alpha = – 137.035 999 679(94)

The Naturkonstanten-Gleichung predicts the Hubble constant to be

H = 69.734(4) km / (s * Mpc)
 

Bynaus

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Welchen Sinn soll das haben, irgendwelche (zudem englischen) Texte hierher zu kopieren? Wie wärs mit einer Quellenangabe?

Wie wärs mit eigenen Gedanken zum ganzen, statt hier einfach mal das Stück Fleisch hinzuwerfen und zu sehen, was die Meute damit macht?
 

Bernhard

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Hi Bynaus,

ich denke, das sind weitgehend eigene Gedanken, wie dieser Link in's arxiv.org ebenfalls zeigt. Da mir Supersymmetrie auch immer etwas unheimlich war und ist, freue ich mich ebenfalls darüber, dass am LHC Anzeichen für keine SUSY gefunden wurden :) .

Die Naturkonstantengleichung ist IMO auch ein eigenes Thema wert und deshalb begrüße ich Rainers Beitrag.
 
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MGZ

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Welchen Sinn soll das haben, irgendwelche (zudem englischen) Texte hierher zu kopieren? Wie wärs mit einer Quellenangabe?

Wie wärs mit eigenen Gedanken zum ganzen, statt hier einfach mal das Stück Fleisch hinzuwerfen und zu sehen, was die Meute damit macht?

Zumindest in einer Hinsicht tust du ihm Unrecht. Ich habe mal das Tordion bei Arxiv gesucht. Es gibt darüber 4 Artikel, 3 davon von - Rainer W. Kühne.
Ich habe leider keine Zeit, näher über das Thema nachzudenken.
 

Schmidts Katze

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Hallo Rainer,

ich würde es begrüssen, wenn du deine Texte hier auf deutsch verfasst.

Du findest hier zwar viele Links auf englische Texte, das ist nunmal so, obwohl das für mich ziemlich anstrengend ist, wissenschaftliche Texte in einer Fremdsprache zu lesen, aber astronews ist ein deutschsprachiges Forum, und ich meine, Beiträge hier sollten zur leichteren Verständlichkeit auch deutsch sein.

Grüße
SK
 

Bynaus

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Okay, das habe ich wohl falsch eingeschätzt, aber das hat einen naheliegenden Grund: Ich bezweifle schwer, dass es hier jemals Diskussionen auf englisch geben wird. Insofern ist der Text - so lange auf englisch abgefasst - hier völlig fehl am Platz.

Zudem dürfte nur eine kleine Minderheit der Leser überhaupt erst in der Lage sein, darauf qualifiziert zu antworten.

Natürlich wären hier noch mehr konkrete Vorhersagen (ähnlich wie bei der Hubble Konstante) nötig, etwa: Was wird der CERN bei welchen Massen finden?
 

aveneer

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Hallo Rainer,

ich hoffe du bist auch bereit zur Diskussion?

Wobei ich nur einfache Fragen habe.

Was sollen magnetische Photonen sein? Und

Es gilt ja: E=mc^2. Wie passen da magnetische Photonen rein?

Stümperhaft müsste ich nun annehmen: Ein gemessenes Photon besteht aus einer Mischung aus elektrischen und magnetischen Photonen? - was wir als elmag-Welle messen?

Gruß
EVB
 

Alex74

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Hiho,

wollte mich dem auch mal anschließen;
Das Lesen englischer Texte gehört zwar von vielen Fachleuten hier zur Gewohnheit; im Studium beugt man sich da notgedrungen auch drüber, aber nur weils halt eben so ist.

Anstrengend ist es trotzdem; zum einen muß man den eigentlichen Inhalt verstehen, zum anderen darauf achten aus dem Englischen nichts zu mißverstehen und vor allem über den Zeilen zu lesen (nämlich worauf das Geschreibe hinaus will). In der Muttersprache geht das fließend und automatisch; mein Englisch ist sehr gut - ich schreibe auch englische Texte - trotzdem bleibt es anstregend.

Und in einem Astronomieforum sind die meisten - so ich auch - um nebenher ein wenig Austausch mit Gleichinteressierten zu haben.

(Wie schonmal festgestellt begnüge ich mich meist auch mit den Meldungen selbst und lese die entsprechenden Paper nur wenn ich mich SEHR dafür interessiere und mir etwas komisch vorkommt). Ich glaube den meisten anderen dürfte es ähnlich gehen.

Daher bitte:
Interessante (englische) Titel einfach kurz verlinken mit Beschreibung um was es geht, bei Interesse klickt man dann auch drauf.
Oder eine deutsche Diskussion zum Thema anstoßen ;-)

Danke :)

Gruß Alex
 

aveneer

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Hallo Bernhard,
IMO sollten das Photonen sein, die durch magnetische Monopole erzeugt werden, analog den normalen Photonen, die durch elektrische Ladungen erzeugt werden.
Danke:)
Nur habe ich gelernt, dass Magnetismus/ das Magnetfeld ein „SRT-Effekt“ ist. Wie stellt sich hier ein magnetischer Monopol dar? Wird da das elektrische Feld zu einem Scheineffekt:confused:

@ galileo2609
Da Herr Kühne hier noch nie geantwortet hat, empfehle ich einfach einen deutschen Text von Martin Bäker auf den scienceblogs.de: Wird es eng für SUSY?
Schon gelesen und hatte ich auch schon mal verlinkt. Müssen wir auf die 7TeV warten oder kann die SUSY ggf. schon vorher "falsifiziert" werden?

Da Herr Kühne hier noch nie geantwortet hat
Was mich wundert. Er ist ja wohl der deutschen Spreche mächtig Rainer W. Kühne

Kann Herr Kühn wohl nur über Paper komuniszieren - eine Art sozialer Disposition?/„selektiver schreib Mutismus“?

Oder eine Art Otto E. Rössler?

Gruß
Aveneer ;) :D
 

Schmidts Katze

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Um mal zum Thema zurückzukommen, ich würde es schon bedauern, SUSY aufgeben zu müssen.
Aber daß das Gluino bisher nicht gefunden wurde, ist, soweit ich das verstanden habe, wohl doch ein Hinweis, der SUSY in ziemliche Schwierigkeiten bringt.

Grüße
SK
 

Alex74

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Nicht unbedingt.

Auch wenn ich rund um SUSY mit keinerlei Mathematik klarkomme, weiß ich doch was es ist und welche Bedeutung es in etwa hat.

Daher, um auch mal beim Thema zu bleiben:

Wenn Supersymmetrie nicht bestätigt werden kann bzw. vom LHC sogar ausgeschlossen werden sollte - ist das dann nicht die Krise die man befürchtet hat, daß das LHC zwar viel ausschließt aber keine neuen Dinge hervorbringt?

So ziemlich jede Vereinigungstheorie braucht die Supersymmetrie - Gibt es derzeit überhaupt Alternativen dazu?

Ferner: sollte SUSY widerlegt werden - wie erklärt man dann Dunkle Materie?

Gruß Alex
 

Bernhard

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Hi Alex,

magnetische Monopole haben mit SUSY auf den ersten Blick in die Theorie erst mal gar nichts miteinander zu tun und so ist, denke ich, auch RPEs augenzwinkernder Beitrag zu verstehen. Letztlich sind beide Ansätze ziemliche "Kopfgeburten" und wenn eine davon (SUSY) in die Schublade verbannt wird, kann das dem Theoretiker nur recht sein.

Für mich persönlich sind die SUSY-Theorien sogar noch schlimmer als die Symmetriesierung der Elektrodynamik via magnetischer Monopole. Die Stringtheorien werden dadurch so weit ich weiß auch nicht aussterben, aber offensichtlich weiter angepasst werden müssen.
Gruß
 

Bernhard

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Ferner: sollte SUSY widerlegt werden - wie erklärt man dann Dunkle Materie?
Das könnten immer noch extrem schwere WIMPs sein. Für neue Teilchen braucht man auch keine SUSY. Viel wichtiger in diesem Zusammenhang ist schon eher das Higgs, weil dieses den Eichbosonen in sehr allgemeiner Art und Weise (Symmetriebrechung) Masse geben kann. Mit neuen Symmetriegruppen (auch ungewöhnlichen, wie den Quantengruppen) kommen dann sofort neue Teilchen mit Masse in die Theorie.

Die neue Meldung vom CERN ist also in Wirklichkeit eine sehr gute Nachricht für alle Freunde des Standardmodells.
 

Alex74

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OK, danke.

Daraus (Festigung des Standardmodells) ergeben sich für mich noch weitere Fragen;

Man hofft ja das Standardmodell durch die LHC-Erkenntnisse erweitern/ändern zu können da die Neutrinooszillation ja offenbar überhaupt nicht reinpaßt.

Sind Erweiterungen die das Neutrinoverhalten erklären abhängig von SUSY oder ist das wieder eine ganz andere Schiene?
 

Bernhard

Registriertes Mitglied
Sind Erweiterungen die das Neutrinoverhalten erklären abhängig von SUSY oder ist das wieder eine ganz andere Schiene?
Ein gutes Buch in diesem Zusammenhang ist das Buch von Walter Greiner: "Theoretische Physik, Band 8", "Eichtheorie der schwachen Wechselwirkung". In der zweiten Auflage findet man z.B. den Satz
W.Greiner schrieb:
Nimmt man nun aber an, daß die leptonischen Quantenzahlen nur näherungsweise erhalten sind, so gibt es die faszinierende Möglichkeit der Neutrinooszillationen
Neutrinooszillationen lassen sich also alleine durch ein leicht modifiziertes Standardmodell beschreiben.

Die SUSYs und Supergravitationen sind dagegen eher durch eine eichtheoretische Erklärung der Gravitation motiviert und greifen daher viel fundamentaler in das ursprüngliche Standardmodell ein.
Gruß

EDIT: Eine vielversprechendere und natürlichere Möglichkeit der eichtheoretischen Beschreibung der Gravitation liefert dagegen die Loop-Quantengravitation, wie z.B. hier http://www.desy.de/uni-th/lqp/psfiles/dipl-reszewski.ps.gz nachzulesen ist.

Darüberhinaus gibt es auch noch die traditionelle Möglichkeit, die Eichtheorien allgemein kovariant darzustellen. Dort Lösungen zu finden, ist aber ungefähr so selten wie ein Lottogewinn.
 
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