超対称性粒子

超対称性粒子（SUSY粒子）とは

超対称性粒子（ちょうたいしょうせいりゅうし、supersymmetric particle、SUSY粒子）とは、超対称性理論によって存在が予想される粒子の分類です。これは、既存の素粒子に対して、スピンの数が1/2だけ異なるパートナーとなる粒子です。電荷などの他の性質は同じ値を持ちます。

スピンの差により、既存のフェルミオン（物質を構成する粒子）に対しては未知のボソン（力を媒介する粒子）、既存のボソンに対しては未知のフェルミオンが対応します。この対応する粒子同士を「超対称性パートナー」と呼びます。

超対称性粒子に関する重要な概念

LSP（Lightest Supersymmetric Particle： lightest supersymmetric particle）

超対称性粒子の中で最も軽いものをLSPと呼びます。R-パリティと呼ばれる物理量の保存を仮定すると、LSPは崩壊せずに安定な粒子となると考えられます。もしLSPが電気的に中性であれば、暗黒物質（ダークマター）の有力な候補となります。

超対称性の破れ

現在の宇宙では、超対称性粒子はまだ観測されていません。このことは、少なくとも低エネルギー領域では超対称性が破れていることを示唆しています。超対称性の破れによって、粒子とその超対称性パートナーとの間に質量差が生じていると考えられています。

超対称性粒子の探索

LEPやTevatronといった実験施設や、CERN（欧州原子核研究機構）のLHC（大型ハドロン衝突型加速器）などで、超対称性粒子の直接探索が行われてきました。しかし、2021年のCERNの発表では、「超対称性粒子はいかなる条件でも全く観察されなかった」と報告されています。これは、少なくとも13TeVのエネルギーで探索できる範囲には超対称性粒子が存在しない可能性を示唆しています。

ただし、ヒッグス粒子の超対称パートナーである「ヒグシーノ」が暗黒物質である場合、LHCの探索実験では検出が難しいと考えられています。

超対称性粒子の命名法

超対称性粒子には、対応する通常の粒子に基づいて命名規則があります。

ボソンに対応するフェルミオン：元のボソン名の語尾に「-ino」を付けます（例：光子→フォティーノ）。「-ino」は「小さい」という意味を持ちます。
フェルミオンに対応するボソン：元のフェルミオン名の語頭に「s-」を付けます（例：クォーク→スクォーク）。「s-」はスカラーの略で、超対称性粒子がスカラー粒子であることを示します。「スカラー」を省略せずに「スカラークォーク」と呼ぶこともあります。

主な超対称性粒子の例

以下に、主な超対称性粒子の例を挙げます。

ゲージ粒子

ゲージーノ (gaugino) ⇔ ゲージ粒子
フォティーノ (photino) ⇔ 光子（フォトン）
ウィーノ (wino) ⇔ Wボソン
ジーノ (zino) ⇔ Zボソン
グルイーノ (gluino) ⇔ グルーオン
グラヴィティーノ (gravitino) ⇔ 重力子（グラヴィトン）

ヒッグス粒子

ヒグシーノ (higgsino) ⇔ ヒッグス粒子
中性ヒグシーノ ⇔ 中性ヒッグス粒子
荷電ヒグシーノ ⇔ 荷電ヒッグス粒子

その他のボソン

アクシーノ (axino) ⇔ アクシオン

フェルミオン

スフェルミオン (sfermion) ⇔ （通常の）フェルミオン
スクォーク (squark) ⇔ クォーク
sdown、sup、sstrange、scharm、sbottom、stop
スレプトン (slepton) ⇔ レプトン
セレクトロン (selectron) ⇔ 電子（エレクトロン）
スミューオン (smuon) ⇔ ミューオン
スタウ (stau) ⇔ タウオン
スニュートリノ (sneutrino) ⇔ ニュートリノ
e-sneutrino、μ-sneutrino、τ-sneutrino

混合状態

複数の超対称性粒子が混合した状態も存在します。

ニュートラリーノ (neutralino) = フォティーノ + ジーノ + 中性ヒグシーノ
チャージーノ (chargino) = ウィーノ + 荷電ヒグシーノ
サクシオン (saxion) ⇔ アクシーノ

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