Amici della Scienza

Più copie del modello standard potrebbero risolvere il problema della gerarchia

Una delle domande senza risposta nella fisica delle particelle è il problema della gerarchia, che ha implicazioni per capire perché alcune delle forze fondamentali sono molto più forti di altre. le intensità delle forze sono determinate dalle masse delle loro particelle virtuali  o bosoni. Queste masse a loro volta sono determinate dal campo di Higgs come valore di aspettazione del vuoto.

l'universo contiene più settori
Nel modello proposto, l’universo contiene più settori, ciascuno dei quali è governato dalla propria versione del Modello standard con il proprio valore di aspettazione di vuoto del campo di Higgs. Il settore con il valore di aspettazione di vuoto diverso da zero contiene la nostra copia del Modello standard. Credito: Arkani-Hamed et al. © 2016 American Physical Society

Quindi il problema della gerarchia viene spesso definito come un problema con il campo di Higgs: in particolare, poichè il valore di aspettazione del vuoto del campo di Higgs è molto più piccolo delle più grandi scale di energia dell’universo, in particolare la scala di gravità (di gran lunga il più debole del forze) diventa forte? Riconciliare questa apparente discrepanza avrebbe un impatto sulla comprensione della fisica delle particelle da parte dei fisici al livello più fondamentale.

“Il problema della gerarchia è una delle domande più profonde della fisica delle particelle e ogni soluzione nota corrisponde a una visione diversa dell’universo”, ha detto a Phys.org Raffaele Tito D’Agnolo, un fisico di Princeton . “L’identificazione della risposta corretta non risolverà solo un enigma concettuale, ma cambierà il modo in cui concepiamo la fisica delle particelle”.

In un nuovo documento pubblicato su Physical Review Letters , D’Agnolo e i suoi coautori hanno proposto una soluzione al problema della gerarchia che coinvolge più copie (fino a 10 16 ) del Modello standard, ciascuna con un diverso valore di aspettazione del vuoto del campo di Higgs. In questo modello, l’universo è costituito da molti settori, ciascuno dei quali è governato dalla propria versione del Modello Standard con il proprio valore del campo di Higgs. Il nostro settore è quello con il più piccolo valore diverso da zero.

Se, nell’universo primordiale, tutti i settori avevano temperature comparabili e probabilità apparentemente equivalenti di esistere, perchè il nostro settore ha dominato? Introducendo un nuovo meccanismo chiamato “campo di Reheaton” si riesce a spiegare questo problema ipotizzando che l’universo si è riscaldato mentre si è decomposto nelle sue fasi iniziali. I fisici dimostrano che ci sono diversi modi in cui il campo del Reheaton si è decomposto in modo preferenziale e ha depositato la maggior parte della sua energia nel settore con il minimo valore di aspettazione del vuoto, facendo sì che questo settore alla fine domini e diventi il ​​nostro universo osservabile.

Rispetto ad altre soluzioni proposte per il problema gerarchia, come supersimmetria e dimensioni aggiuntive, la nuova proposta, che i fisici chiamano “N-natural”, è diversa dal fatto che la soluzione non si basa unicamente sulla nuove particelle. Sebbene la nuova ipotesi condivida alcune caratteristiche sia con la supersimmetria che con le dimensioni extra, una delle sue caratteristiche uniche è che non sono solo le nuove particelle ma soprattutto le dinamiche cosmologiche ad essere centrali nella soluzione del problema.

“L’ipotesi N-natural è qualitativamente diversa dalle soluzioni al problema di gerarchia proposto in passato e può essere confermata in esperimenti sulla radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB) e con esperimenti di struttura su larga scala”, ha detto D’Agnolo.

Come spiegano i fisici, dovrebbe essere possibile rilevare le firme di N-natural cercando segni di esistenza di altri settori. Ad esempio, i futuri esperimenti CMB potrebbero rilevare radiazioni supplementari e cambiamenti nella cosmologia dei neutrini, poiché si prevede che i neutrini nei settori vicini siano leggermente più pesanti e meno abbondanti di quelli nel nostro settore.

Questo approccio è interessante per un altro motivo: i neutrini negli altri settori potrebbero essere considerati anche come materia oscura. Gli esperimenti futuri potrebbero anche confermare la N-natural nella forma di massa di particelle assiali più grande del previsto, così come le supersimmetriche dovute a possibili connessioni con la supersimmetria.

“Se nuove specie relativistiche non verranno scoperte dalla prossima generazione di esperimenti CMB, allora l’ipotesi N-natural potrebbe essere abbandonata come possibile soluzione al problema della gerarchia”, ha detto D’Agnolo. “Secondo la cronologia attuale, questi esperimenti dovrebbero iniziare a raccogliere dati intorno al 2020 e raggiungere i loro obiettivo in circa cinque anni”.

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Notificami
guest
0 Commenti
Inline Feedbacks
View all comments
Translate »
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x