Aquí ha encontrado una de las preguntas más interesantes pero desafortunadamente completamente no resueltas de la física de partículas. De hecho, se comportan, por ejemplo, electrones y muones en su interacción electromagnética, su interacción y su interacción fuerte, las cuales no son idénticas. Las diferentes masas de las partículas de bloque (leptones y quarks) no pueden entenderse en el mecanismo de Higgs. Está parametrizado en el que se dice que cada una de las partículas de bloque “siente” el campo de Higgs de manera diferente. Esto puede ser suprimido por un nombre del físico japonés Hideki Yukawa “Fuerza de acoplamiento Yukawa” y, que no se puede derivar, pero debe esperarse de las masas medidas. No solo este hecho es insatisfactorio, sino también que estas fortalezas son tan diferentes. Para el quark superior es y (top) = 1.0, para el electrón y (s) = 0,000.003, para el muón y (μ) = 0,000.6, etc. Lo que causa este acoplamiento de las partículas del campo de Higgs, es decir, por qué sentir este campo en absoluto, no está claro. Nos gustaría explorar en los próximos años en el LHC.
En las partículas W y Z, que por cierto es completamente diferente y mucho más satisfactoria: dado que el campo de Higgs lleva la carga débil (se puede imaginar como un lago lleno de carga débil), y W y Z para que las partículas de intercambio de los débiles la interacción es, es su fuerza de acoplamiento predecible para el campo de Higgs: es simplemente la fuerza g_w = 0.63 la interacción débil. Esto puede, por ejemplo, predecir la masa W, y esto es cierto con una precisión mejor que la mitad por mil. ¡Uno de los grandes triunfos del Modelo Estándar y el mecanismo de Higgs y hasta ahora el único que predice una masa de partículas elementales puramente de la teoría!
Este es precisamente el “problema de jerarquía”, excepto que tiene muchos otros físicos / dentro que les encantaría resolver [1]: hay en la naturaleza muchas energías y masas típicas asociadas con todo el valor de vacío del Brout-Englert – Campo de fondo de Higgs v = 246 GeV (llamado “escala de energía de electrodepresión”). Un ejemplo es la masa de la partícula de Higgs, dada por la teoría [matemática] M_H = \ sqrt {2 \ lambda} v [/ matemática], donde [matemática] \ lambda = 0.13 [/ matemática] describe el fuerza del campo de fondo. Solo: ¿de dónde viene la típica “escala” v = 246 GeV? La naturaleza nos proporciona a partir de sus “constantes de escala” el cuántico de acción de Planck [matemáticas] \ hbar [/ matemáticas], la velocidad de la luz c y la constante gravitacional newtoniana G una escala mucho más natural natural [matemáticas] E_ {Planck} = \ sqrt {\ frac {\ hbar c ^ 5} {G}} = 1.22 \ times10 ^ {19} [/ math] GeV, es decir, casi 17 órdenes de magnitud más alta. Vea también la declaración en Wikipedia.
- ¿Cómo existe más de una de cada partícula elemental y qué las hace diferentes unas de otras?
- ¿Cuál es la diferencia entre la energía oscura y la vieja idea del éter? ¿Por qué la física del éter es incompatible con la relatividad general?
- ¿Cuál es la diferencia entre fotón virtual y real?
- ¿Debo ir a Stanford o Caltech para la física como estudiante? Estoy planeando hacer física teórica e ir a la escuela de posgrado.
- ¿Puedes aprender teoría de campo antes que teoría de grupo?
Y solo en las partículas de giro cero, como la partícula de Higgs, las fluctuaciones cuánticas de la masa de Higgs se modificarían para que automáticamente se obtuviera la masa de Planck (es decir, por c ^ 2 energía de Planck). Pero obviamente este no es el caso, y no sabemos qué lo impide. A los teóricos se les ocurrió explicar muchas formas diferentes, una de las cuales menciono solo algunas:
- La partícula de Higgs y, por lo tanto, el campo de fondo BEH no son objetos elementales, sino que están compuestos de cualquier cosa nueva que determine la escala de energía. Algo así como el agua está compuesta de moléculas de H2O. Podemos examinar el LHC, donde nosotros (las ondas de agua) medimos la partícula de Higgs exactamente en los próximos años. Al igual que disuelve el agua a temperaturas muy altas en el vapor de moléculas de H2O, que son componentes de la partícula de Higgs que serían visibles en colisiones de alta energía.
- Hay dimensiones espaciales “grandes” adicionales cuya dimensión se encuentra en el orden de los átomos o núcleos atómicos ubicados. Entonces, la energía de Planck en realidad solo parecería tan grande, y la energía real de Planck coincidiría con v. Algo puede (¿parcialmente?) Al respecto se puede encontrar en los materiales de Aprendizaje de Annenberg. Si ese es realmente el caso, uno podría ver pequeños agujeros negros aniquiladores inmediatamente que ocurrirían en el LHC (y en todo el mundo, como en la atmósfera de la Tierra) en colisiones de alta energía.
- Hay para cada partícula un compañero supersimétrico con cargas similares pero diferente spin 1/2. En esta teoría de la supersimetría, las molestas fluctuaciones cuánticas se cancelarían (casi) por completo y podría explicar cómo se crearía un valor estable de 246 GeV muy por debajo de la energía de Planck.
- Además, las (muchas) teorías de cuerdas ofrecen una variedad de “explicaciones” sobre el anudado de filamentos más pequeños (cuerdas).
- …
¿Puedo hacerte una pregunta? ¿Dónde has encontrado el artículo sobre el problema de la jerarquía? Es decir, porque es muy difícil de explicar, generalmente no se menciona en la literatura popular.
De todos modos, el siguiente problema de jerarquía de la materia oscura y la energía oscura es una de las indicaciones más claras de que debe haber un final más emocionante de la nueva física más allá del Modelo Estándar conocido por nosotros.
[1] SLAC Universidad de Stanford.
