مقدمة
في فيزياء الجسيمات، يُعد النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى التالي (NMSSM) اختصارًا لـ “Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model”. وهو توسيع فائق التناظر للنموذج القياسي (Standard Model) الذي يعالج بعض المشكلات التي تواجه النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى (MSSM) من خلال إدخال حقل مفرد قياسي إضافي. يهدف هذا الإدخال إلى توفير حلول أكثر طبيعية وأقل اعتمادًا على الضبط الدقيق لكتلة بوزون هيغز.
النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى التالي هو بديل للنموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى. يضيف NMSSM حقل قياسي عديم الشحنة، يسمى S، إلى محتوى الجسيمات الفائقة التناظرية. يحل هذا الحقل محل معلمة μ في MSSM بتبديل ديناميكي. مثل MSSM، يهدف NMSSM إلى حل مشكلة التسلسل الهرمي من خلال توفير تناظر فيرميون-بوزون يمنع التصحيحات التربيعية لكتلة هيغز.
لماذا نحتاج إلى NMSSM؟
النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى (MSSM) يواجه بعض التحديات. إحدى هذه التحديات هي مشكلة معلمة μ. في MSSM، يجب أن تكون معلمة μ ذات قيمة قريبة من مقياس كسر التناظر الكهربي الضعيف للحفاظ على نموذج واقعي. ومع ذلك، لا يوجد سبب نظري يجعل هذه المعلمة تأخذ هذه القيمة بالذات. يمكن اعتبار هذا ضبطًا دقيقًا.
يقدم NMSSM حلاً لهذه المشكلة من خلال استبدال معلمة μ بتبديل ديناميكي. هذا يعني أن قيمة μ تحددها قيمة حقل S، والتي يمكن أن تكون تلقائية بشكل طبيعي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساعد NMSSM في تخفيف بعض المشكلات الأخرى التي تواجه MSSM، مثل مشكلة كتلة هيغز الخفيفة.
مكونات NMSSM
يتضمن NMSSM نفس الجسيمات الموجودة في MSSM، بالإضافة إلى حقل قياسي مفرد إضافي (S). هذا يعني أن NMSSM يحتوي على:
- نفس الجسيمات الموجودة في النموذج القياسي (الكواركات، الليبتونات، بوزونات القوة)
- جسيمات فائقة التناظر لكل جسيم في النموذج القياسي (الكواركات الفائقة، الليبتونات الفائقة، بوزونات القوة الفائقة)
- زوجين من بوزونات هيغز المزدوجة (Hu و Hd)
- حقل قياسي مفرد (S)
التفاعلات في NMSSM تحددها دالة فائقة. دالة فائقة شائعة لـ NMSSM هي:
W = λŜHuHd + (κ/3)Ŝ³
حيث أن λ و κ هما اقترانان ثابتان.
مزايا NMSSM
يوفر NMSSM العديد من المزايا مقارنة بـ MSSM:
- حل لمشكلة μ: كما ذكرنا سابقًا، يستبدل NMSSM معلمة μ بتبديل ديناميكي، مما يحل مشكلة الضبط الدقيق.
- كتلة هيغز أخف: يمكن أن يساعد NMSSM في رفع كتلة أخف بوزون هيغز، مما يجعله أكثر اتساقًا مع النتائج التجريبية.
- مرونة أكبر: يحتوي NMSSM على معلمات أكثر من MSSM، مما يمنحه مرونة أكبر في ملاءمة البيانات التجريبية.
التحديات في NMSSM
على الرغم من مزاياه، يواجه NMSSM أيضًا بعض التحديات:
- تعقيد أكبر: يحتوي NMSSM على معلمات أكثر من MSSM، مما يجعله أكثر تعقيدًا للدراسة.
- مجال المعلمات المقيد: يمكن أن يكون مجال المعلمات المسموح به في NMSSM مقيدًا للغاية من خلال النتائج التجريبية، مما يجعل من الصعب بناء نماذج واقعية.
- مشاكل الاستقرار: قد يعاني NMSSM من مشاكل تتعلق باستقرار الفراغ.
الآثار التجريبية لـ NMSSM
توقع NMSSM نتائج تجريبية مختلفة مقارنة بـ MSSM. وتشمل هذه:
- بوزونات هيغز إضافية: يتوقع NMSSM وجود بوزونات هيغز إضافية مقارنة بـ MSSM. يمكن اكتشاف هذه البوزونات في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) أو في مصادمات مستقبلية.
- أطياف جسيمات فائقة التناظر مختلفة: يمكن أن يكون لـ NMSSM أطياف جسيمات فائقة التناظر مختلفة مقارنة بـ MSSM. يمكن اكتشاف هذه الجسيمات في LHC أو في مصادمات مستقبلية.
- توقيعات فريدة في المادة المظلمة: يمكن أن يوفر NMSSM مرشحًا للمادة المظلمة. يمكن اكتشاف هذه المادة المظلمة من خلال التجارب المباشرة أو غير المباشرة.
تطبيقات NMSSM
بالإضافة إلى معالجة مشكلات MSSM، تم استخدام NMSSM في مجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى، بما في ذلك:
- توليد كتلة النيوترينو: يمكن استخدام NMSSM لتوليد كتل النيوترينو من خلال آلية seesaw.
- تفسير الحالات الشاذة للميون: يمكن استخدام NMSSM لتفسير الحالات الشاذة في لحظة ثنائي القطب المغناطيسي للميون.
- بناء نماذج التضخم: يمكن استخدام NMSSM لبناء نماذج للتضخم الكوني المبكر.
الأبحاث الحالية والمستقبلية
لا يزال NMSSM موضوعًا نشطًا للبحث. يركز الباحثون على:
- استكشاف مجال المعلمات: يحاول الباحثون تحديد منطقة المعلمات في NMSSM المتوافقة مع جميع البيانات التجريبية الحالية.
- تطوير نماذج جديدة: يحاول الباحثون تطوير نماذج NMSSM جديدة تعالج المشكلات المتبقية وتوفر تفسيرات أفضل للبيانات التجريبية.
- البحث عن توقيعات تجريبية: يحاول الباحثون تحديد توقيعات تجريبية فريدة لـ NMSSM يمكن البحث عنها في LHC أو في مصادمات مستقبلية.
تستمر الأبحاث حول NMSSM في التطور، ومن المحتمل أن توفر رؤى جديدة حول فيزياء الجسيمات والمادة المظلمة في المستقبل.
النماذج الأخرى المشابهة
هناك العديد من النماذج الأخرى التي تهدف إلى حل المشاكل الموجودة في النموذج القياسي و MSSM, وتتضمن:
- النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى مع الأبعاد الإضافية (MSSM with Extra Dimensions): يوسع هذا النموذج MSSM بإضافة أبعاد فضائية إضافية.
- النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى العالمي (Universal Extra Dimensions – UED): يفترض هذا النموذج أن جميع الجسيمات يمكنها الانتشار في الأبعاد الإضافية.
- النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى مع الانتهاكات R-Parity (MSSM with R-Parity Violation): يكسر هذا النموذج تناظر R-Parity، مما يسمح للجسيمات الفائقة التناظر بالتفاعل مع الجسيمات العادية.
- النماذج ذات التناظر المنفصل (Split Supersymmetry): تفترض هذه النماذج أن الجسيمات السفيرميونية (scalar fermions) ثقيلة جدًا، بينما تبقى الجسيمات الغاوجينو (gauginos) خفيفة.
أهمية NMSSM في الفيزياء الحديثة
يكمن جوهر أهمية NMSSM في قدرته على تقديم حلول للمشاكل التي يعاني منها كل من النموذج القياسي والنموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى. بتقديمه حقلًا قياسيًا إضافيًا، يتيح NMSSM تعديلات ضرورية لمعالجة بعض التحديات الأساسية في فهمنا للكون. أحد الجوانب الحاسمة هو معالجة مسألة معلمة μ، التي تتطلب تعديلات دقيقة في MSSM. من خلال استبدال هذه المعلمة بآلية ديناميكية، يوفر NMSSM حلاً أكثر طبيعية وأقل اعتمادًا على الضبط الدقيق.
علاوة على ذلك، يمكن لـ NMSSM أن يساعد في رفع كتلة بوزون هيغز الخفيف، مما يجعله أكثر توافقًا مع البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها من مصادم الهادرونات الكبير (LHC). هذا الجانب مهم بشكل خاص لأنه يتعلق مباشرة بالتحقق التجريبي من النماذج النظرية. بالإضافة إلى ذلك، تزيد المرونة الإضافية التي يوفرها NMSSM، بفضل معلماته المتزايدة، من قدرته على ملاءمة البيانات التجريبية المعقدة، مما يجعله أداة قيمة في تفسير الظواهر الفيزيائية المختلفة.
من الناحية النظرية، يلعب NMSSM دورًا حيويًا في استكشاف فيزياء ما بعد النموذج القياسي. من خلال دراسة خصائص وتداعيات NMSSM، يمكن للفيزيائيين الحصول على نظرة ثاقبة حول طبيعة التناظر الفائق وإمكانية وجود جسيمات وحقول جديدة لم نكتشفها بعد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساعد NMSSM في معالجة قضايا أخرى مثل توليد كتلة النيوترينو، وتفسير الحالات الشاذة في لحظة ثنائي القطب المغناطيسي للميون، وبناء نماذج للتضخم الكوني المبكر. هذا التنوع يجعل NMSSM إطارًا مهمًا لتطوير فهم أكثر شمولاً للكون.
تستمر الأبحاث الحالية والمستقبلية حول NMSSM في التركيز على استكشاف مساحة المعلمات، وتطوير نماذج جديدة، والبحث عن توقيعات تجريبية فريدة. تتضمن هذه الجهود تحليلًا شاملاً للبيانات التجريبية من LHC وغيرها من التجارب، بالإضافة إلى تطوير نماذج نظرية أكثر دقة يمكنها تقديم تنبؤات قابلة للاختبار. مع تقدم التكنولوجيا وقدرتنا على استكشاف نطاقات طاقة أعلى، يمكن لـ NMSSM أن يقدم رؤى حاسمة حول طبيعة فيزياء الجسيمات والمادة المظلمة، مما يمهد الطريق لاكتشافات علمية جديدة ورائدة.
خاتمة
النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى التالي (NMSSM) هو امتداد مهم للنموذج القياسي يهدف إلى حل بعض المشاكل التي تواجه النموذج القياسي الفائق التناظر الأدنى (MSSM). من خلال إدخال حقل قياسي مفرد إضافي، يوفر NMSSM حلولًا أكثر طبيعية وأقل اعتمادًا على الضبط الدقيق لكتلة بوزون هيغز. على الرغم من أنه يواجه بعض التحديات، إلا أن NMSSM يوفر العديد من المزايا ولديه القدرة على تقديم رؤى جديدة حول فيزياء الجسيمات والمادة المظلمة.