**Principais Problemas em Aberto na Supersimetria (SUSY)**
A Supersimetria (SUSY) é um arcabouço teórico que propõe uma simetria entre bósons e férmions, sugerindo que cada partícula conhecida possui um "superparceiro" com spin diferente. Apesar de sua elegância matemática e potencial para resolver problemas fundamentais da física, diversos desafios teóricos e experimentais permanecem em aberto. Abaixo, detalhamos os principais problemas:
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### 1. **Falta de Evidência Experimental (Escalas de Energia e LHC)**
- **Causa**: A não observação de superparceiros no Large Hadron Collider (LHC) até energias de ~TeV coloca em xeque a ideia de que a SUSY resolve o "problema da hierarquia" (estabilização da massa do bóson de Higgs).
- **Impacto**: Se os superparceiros existem em escalas muito mais altas (ex.: 10 TeV), a SUSY perde parte de sua motivação original. Isso exigiria ajustes finos (*fine-tuning*) para explicar a massa do Higgs.
- **Possíveis Soluções**:
- Superparceiros mais pesados, exigindo colisores de energia superior (ex.: FCC ou CLIC).
- Modelos de SUSY "split" ou "compressed spectra", onde algumas partículas são acessíveis apenas indiretamente.
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### 2. **Problema da Hierarquia e Naturalidade**
- **Causa**: A SUSY prevê que superparceiros cancelam as correções radiativas à massa do Higgs. Porém, a ausência de superparceiros leves sugere que o ajuste fino persiste.
- **Impacto**: A naturalidade da teoria é questionada, já que parâmetros devem ser ajustados manualmente para reproduzir observações.
- **Possíveis Soluções**:
- Mecanismos dinâmicos de quebra de SUSY (ex.: "natural SUSY" com parâmetros focados).
- Alternativas à SUSY para resolver a hierarquia (ex.: modelos de dimensões extras).
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### 3. **Mecanismos de Quebra da Supersimetria**
- **Causa**: A SUSY não é observada no Modelo Padrão, logo deve ser quebrada espontaneamente. Porém, o mecanismo exato (ex.: mediação gravitacional, de calibre, ou anomalia) é desconhecido.
- **Impacto**: A escolha do mecanismo afeta o espectro de partículas e a fenomenologia (ex.: taxa de eventos no LHC).
- **Possíveis Soluções**:
- Modelos de "gauge mediation" ou "mirage mediation" com previsões testáveis.
- Conexão com teorias de unificação (ex.: supergravidade ou teoria das cordas).
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### 4. **Problema do Sabor (FCNCs)**
- **Causa**: A SUSY introduz novos parâmetros no setor de quebra de simetria (termos *soft*), que podem gerar processos proibidos (ex.: *flavor-changing neutral currents*).
- **Impacto**: Restringe severamente os modelos, exigindo simetrias adicionais (ex.: *flavor symmetries*) ou ajustes finos.
- **Possíveis Soluções**:
- Modelos com alinhamento de matrizes de massa (*alignment models*).
- SUSY com simetrias de sabor (ex.: *minimal flavor violation*).
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### 5. **Matéria Escura e o LSP**
- **Causa**: O *lightest supersymmetric particle* (LSP), geralmente o neutralino, é um candidato à matéria escura. Porém, experimentos diretos (ex.: XENON, LUX) não o detectaram.
- **Impacto**: A SUSY perde uma de suas motivações fenomenológicas.
- **Possíveis Soluções**:
- Neutralinos mais pesados ou com interações mais fracas.
- Alternativas ao LSP (ex.: axiões em modelos de SUSY estendida).
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### 6. **Problema da Constante Cosmológica**
- **Causa**: A SUSY não explica o pequeno valor observado da constante cosmológica após a quebra da simetria.
- **Impacto**: A energia do vácuo SUSY quebrado é muito maior que o observado.
- **Possíveis Soluções**:
- Dinâmica no setor de quebra da SUSY (ex.: relaxion models).
- Modificações na gravidade quântica (ex.: *quintessence*).
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### 7. **Unificação das Constantes de Acoplamento**
- **Causa**: A SUSY prevê a unificação das constantes de acoplamento no Modelo Padrão a ~10¹⁶ GeV, mas medições precisas mostram discrepâncias.
- **Impacto**: A unificação exata requer partículas extras ou estruturas além do MSSM.
- **Possíveis Soluções**:
- Adição de partículas (ex.: leptons pesados em SU(5) SUSY).
- Modelos de unificação em dimensões extras.
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### 8. **Problema do Parâmetro μ (MSSM)**
- **Causa**: O termo μ no potencial de Higgs do MSSM deve ser ~100 GeV, mas sua origem é ad-hoc.
- **Impacto**: Exige ajuste fino para compatibilidade com observações.
- **Possíveis Soluções**:
- Mecanismos dinâmicos (ex.: modelo de Giudice-Masiero na supergravidade).
- Extensões do MSSM (ex.: NMSSM, com um singlete adicional).
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### 9. **Problema do Gravitino**
- **Causa**: O gravitino (superparceiro do gráviton) pode decair após a nucleossíntese primordial, alterando a abundância de elementos leves.
- **Impacto**: Restringe a massa e o tempo de vida do gravitino.
- **Possíveis Soluções**:
- Gravitino muito leve (m < 1 keV) ou muito pesado (m > TeV).
- Modelos de inflação com reaquecimento não térmico.
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### 10. **Conexão com a Teoria das Cordas**
- **Causa**: A SUSY é um ingrediente central na teoria das cordas, mas a conexão com fenômenos observáveis é obscura.
- **Impacto**: Dificulta testar predições de cordas via SUSY.
- **Possíveis Soluções**:
- Estudo de compactificações realistas (ex.: flux compactifications).
- Busca por assinaturas indiretas (ex.: axiões ou modos de Kaluza-Klein).
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### 11. **Consistência Teórica e Anomalias**
- **Causa**: Modelos SUSY devem ser livres de anomalias e consistentes quanticamente.
- **Impacto**: Restrições matemáticas limitam extensões do Modelo Padrão.
- **Possíveis Soluções**:
- Simetrias adicionais (ex.: R-paridade para evitar decadências do próton).
- Revisão de estruturas de vácuo em teorias efetivas.
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### Conclusão
A SUSY enfrenta desafios tanto experimentais (falta de superparceiros) quanto teóricos (naturalidade, unificação). Soluções potenciais incluem extensões do modelo padrão, novos mecanismos de quebra de simetria e conexões com teorias de unificação. A confirmação ou refutação definitiva da SUSY exigirá avanços tanto em colisores de partículas quanto em cosmologia observacional.