Flere kopier af standardmodellen kunne løse hierarkiproblemet

(Phys.org) - Et af de ubesvarede spørgsmål i partikelfysik er hierarkiproblemet, hvilket har konsekvenser for at forstå, hvorfor nogle af de grundlæggende kræfter er så meget stærkere end andre. Kræfternes styrker bestemmes af masserne af deres tilsvarende kraftbærende partikler (bosoner), og disse masser bestemmes igen af ​​Higgs -feltet, målt ved Higgs -vakuumforventningsværdien.

Så hierarkiproblemet angives ofte som et problem med Higgs -feltet:specifikt, hvorfor er Higgs vakuumforventningsværdi så meget mindre end de største energivægte i universet, især den skala, ved hvilken tyngdekraften (langt den svageste af kræfterne) bliver stærk? At forene denne tilsyneladende uoverensstemmelse ville påvirke fysikernes forståelse af partikelfysik på det mest fundamentale niveau.

"Hierarkiproblemet er et af de dybeste spørgsmål inden for partikelfysik, og næsten hver eneste af dens kendte løsninger svarer til en anden vision om universet, "Raffaele Tito D'Agnolo, en fysiker ved Princeton, fortalt Phys.org . "At identificere det korrekte svar vil ikke bare løse et konceptuelt puslespil, men vil ændre den måde, vi tænker på partikelfysik. "

I et nyt papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , D'Agnolo og hans medforfattere har foreslået en løsning på hierarkiproblemet, der involverer flere (op til 10 ¹⁶ ) kopier af standardmodellen, hver med en anden Higgs -vakuumforventningsværdi. I denne model, universet består af mange sektorer, hver af dem er styret af sin egen version af standardmodellen med sin egen Higgs -vakuumforventningsværdi. Vores sektor er den med den mindste værdi uden nul.

Hvis, i det meget tidlige univers, alle sektorer havde sammenlignelige temperaturer og tilsyneladende lige chancer for at dominere, hvorfor gjorde vores sektor, med den mindste non -zero Higgs vakuumforventningsværdi, komme til at dominere? Fysikerne introducerer en ny mekanisme kaldet et "genopvarmningsfelt", der forklarer dette ved at genopvarme universet, når det forfalder. Fysikerne viser, at der er flere måder, hvorpå genopvarmningsfeltet fortrinsvis kunne forfalde til og deponere størstedelen af ​​sin energi i sektoren med den mindste Higgs -vakuumforventningsværdi, får denne sektor til sidst til at dominere og blive vores observerbare univers.

Sammenlignet med andre foreslåede løsninger på hierarkiproblemet, såsom supersymmetri og ekstra dimensioner, det nye forslag-som fysikerne kalder "N-naturlighed"-er anderledes, idet løsningen ikke udelukkende er baseret på nye partikler. Selvom det nye forslag deler nogle funktioner med både supersymmetri og ekstra dimensioner, en af ​​dens unikke egenskaber er, at det ikke kun er nye partikler, men endnu vigtigere kosmologisk dynamik, det er centralt for løsningen.

"N-naturlighed er kvalitativt forskellig fra løsningerne på hierarkiproblemet, der tidligere blev foreslået, og det forudsiger signaler i kosmiske mikrobølge baggrund (CMB) eksperimenter og store strukturundersøgelser, to sonder i naturen, der menes at være uden relation til problemet, "Sagde D'Agnolo.

Som fysikerne forklarer, det burde være muligt at registrere signaturer af N-naturlighed ved at søge efter tegn på eksistensen af ​​andre sektorer. For eksempel, fremtidige CMB -eksperimenter kan detektere ekstra stråling og ændringer i neutrino -kosmologi, da neutrinoer i nærliggende sektorer forventes at være lidt tungere og mindre rigelige end dem i vores sektor. Denne tilgang er interessant af en anden grund:neutrinoerne i de andre sektorer er også en levedygtig kandidat til mørkt stof, som forskerne planlægger at studere mere detaljeret. Fremtidige eksperimenter kan også finde signaturer af N-naturlighed i form af en større aksionpartikler end forventet, samt supersymmetriske signaturer på grund af mulige forbindelser til supersymmetri.

"Hvis nye relativistiske arter ikke opdages af den næste generation af CMB -forsøg (trin 4), så vil jeg stoppe med at tænke på N-naturlighed som en mulig løsning på hierarkiproblemet, "Sagde D'Agnolo." Ifølge den aktuelle tidslinje, disse eksperimenter skulle begynde at tage data omkring 2020 og nå deres fysikmål om cirka fem år. "

© 2017 Phys.org