No modelo proposto, o universo contém vários setores, cada um dos quais é governado por sua própria versão do Modelo Padrão com seu próprio valor de expectativa de vácuo de Higgs. O setor com o menor valor de expectativa de vácuo diferente de zero contém nossa cópia do Modelo Padrão. Crédito:Arkani-Hamed et al. © 2016 American Physical Society
(Phys.org) —Uma das questões não respondidas na física de partículas é o problema da hierarquia, o que tem implicações para a compreensão de por que algumas das forças fundamentais são muito mais fortes do que outras. As intensidades das forças são determinadas pelas massas de suas partículas portadoras de força correspondentes (bósons), e essas massas, por sua vez, são determinadas pelo campo de Higgs, conforme medido pelo valor de expectativa de vácuo de Higgs.
Portanto, o problema de hierarquia é frequentemente declarado como um problema com o campo de Higgs:especificamente, por que o valor de expectativa do vácuo de Higgs é muito menor do que as maiores escalas de energia do universo, em particular, a escala em que a gravidade (de longe a mais fraca das forças) se torna forte? Reconciliar essa aparente discrepância impactaria a compreensão dos físicos da física de partículas no nível mais fundamental.
"O problema da hierarquia é uma das questões mais profundas da física de partículas, e quase todas as suas soluções conhecidas correspondem a uma visão diferente do universo, "Raffaele Tito D'Agnolo, um físico de Princeton, contado Phys.org . "Identificar a resposta correta não resolverá apenas um quebra-cabeça conceitual, mas mudará a maneira como pensamos sobre a física de partículas. "
Em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física , D'Agnolo e seus co-autores propuseram uma solução para o problema de hierarquia que envolve múltiplos (até 10 16 ) cópias do Modelo Padrão, cada um com um valor de expectativa de vácuo de Higgs diferente. Neste modelo, o universo consiste em muitos setores, cada um dos quais é governado por sua própria versão do Modelo Padrão com seu próprio valor de expectativa de vácuo de Higgs. Nosso setor é aquele com o menor valor diferente de zero.
Se, no início do universo, todos os setores tinham temperaturas comparáveis e chances aparentemente iguais de dominar, por que nosso setor, com o menor valor de expectativa de vácuo de Higgs diferente de zero, veio para dominar? Os físicos introduzem um novo mecanismo chamado "campo de reaquecimento" que explica isso pelo reaquecimento do universo à medida que ele decai. Os físicos mostram que há várias maneiras pelas quais o campo de reaquecimento poderia ter decaído preferencialmente e depositado a maioria de sua energia no setor com o menor valor de expectativa de vácuo de Higgs, fazendo com que este setor eventualmente domine e se torne nosso universo observável.
Em comparação com outras soluções propostas para o problema de hierarquia, como supersimetria e dimensões extras, a nova proposta - que os físicos chamam de "N-naturalidade" - é diferente porque a solução não depende apenas de novas partículas. Embora a nova proposta compartilhe alguns recursos com supersimetria e dimensões extras, uma de suas características únicas é que não se trata apenas de novas partículas, mas, mais importante, a dinâmica cosmológica, isso é fundamental para a solução.
"N-naturalidade é qualitativamente diferente das soluções para o problema de hierarquia proposto no passado, e prevê sinais em experimentos de fundo cósmico de microondas (CMB) e pesquisas de estrutura em grande escala, duas sondas da natureza que foram consideradas não relacionadas ao problema, "Disse D'Agnolo.
Como explicam os físicos, deve ser possível detectar assinaturas de N-naturalidade procurando por indícios da existência de outros setores. Por exemplo, futuros experimentos de CMB podem detectar radiação extra e mudanças na cosmologia de neutrinos, já que se espera que os neutrinos em setores próximos sejam ligeiramente mais pesados e menos abundantes do que os de nosso setor. Esta abordagem é interessante por outro motivo:os neutrinos de outros setores também são candidatos viáveis à matéria escura, que os pesquisadores planejam estudar mais detalhadamente. Experimentos futuros também podem encontrar assinaturas de N-naturalidade na forma de uma massa maior do que o esperado de partículas de axion, bem como assinaturas supersimétricas devido a possíveis conexões com a supersimetria.
"Se novas espécies relativísticas não forem detectadas pela próxima geração de experimentos CMB (Estágio 4), então vou parar de pensar na N-naturalidade como uma possível solução para o problema da hierarquia, "D'Agnolo disse." De acordo com a linha do tempo atual, esses experimentos devem começar a coletar dados por volta de 2020 e atingir seus objetivos de física em aproximadamente cinco anos. "
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