(Phys.org) —Una de las preguntas sin respuesta en física de partículas es el problema de jerarquía, lo que tiene implicaciones para comprender por qué algunas de las fuerzas fundamentales son mucho más fuertes que otras. La fuerza de las fuerzas está determinada por las masas de sus correspondientes partículas portadoras de fuerza (bosones), y estas masas a su vez están determinadas por el campo de Higgs, medido por el valor esperado de vacío de Higgs.

Por lo tanto, el problema de la jerarquía se plantea a menudo como un problema con el campo de Higgs:específicamente, ¿Por qué el valor esperado del vacío de Higgs es mucho más pequeño que las escalas de energía más grandes del universo? en particular, ¿la escala a la que la gravedad (con mucho, la más débil de las fuerzas) se vuelve fuerte? Reconciliar esta aparente discrepancia afectaría la comprensión de los físicos de la física de partículas en el nivel más fundamental.

"El problema de la jerarquía es una de las cuestiones más profundas de la física de partículas, y casi cada una de sus soluciones conocidas corresponde a una visión diferente del universo, "Raffaele Tito D'Agnolo, un físico en Princeton, dicho Phys.org . "Identificar la respuesta correcta no solo resolverá un rompecabezas conceptual, pero cambiará la forma en que pensamos sobre la física de partículas ".

En un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , D'Agnolo y sus coautores han propuesto una solución al problema de jerarquía que involucra múltiples (hasta 10 ^dieciséis ) copias del modelo estándar, cada uno con un valor esperado de vacío de Higgs diferente. En este modelo, el universo consta de muchos sectores, cada uno de los cuales se rige por su propia versión del modelo estándar con su propio valor esperado de vacío de Higgs. Nuestro sector es el que tiene el menor valor distinto de cero.

Si, en el universo muy temprano, todos los sectores tenían temperaturas comparables y aparentemente iguales posibilidades de dominar, ¿Por qué nuestro sector, con el valor de expectativa de vacío de Higgs más pequeño distinto de cero, venir a dominar? Los físicos introducen un nuevo mecanismo llamado "campo de recalentamiento" que explica esto recalentando el universo a medida que decae. Los físicos muestran que hay varias formas en las que el campo de recalentamiento podría haberse decaído y depositado preferentemente la mayor parte de su energía en el sector con el menor valor esperado de vacío de Higgs, haciendo que este sector eventualmente domine y se convierta en nuestro universo observable.

En comparación con otras soluciones propuestas al problema de la jerarquía, como la supersimetría y las dimensiones adicionales, la nueva propuesta, que los físicos llaman "N-naturalidad", es diferente en que la solución no se basa únicamente en nuevas partículas. Aunque la nueva propuesta comparte algunas características con supersimetría y dimensiones adicionales, una de sus características únicas es que no se trata solo de partículas nuevas, pero lo más importante es la dinámica cosmológica, eso es fundamental para la solución.

"La N-naturalidad es cualitativamente diferente de las soluciones al problema de jerarquía propuestas en el pasado, y predice señales en experimentos de fondo cósmico de microondas (CMB) y estudios de estructuras a gran escala, dos sondas de la naturaleza que se pensaba que no estaban relacionadas con el problema, "Dijo D'Agnolo.

Como explican los físicos, Debería ser posible detectar firmas de N-naturalidad buscando signos de la existencia de otros sectores. Por ejemplo, futuros experimentos de CMB podrían detectar radiación adicional y cambios en la cosmología de neutrinos, ya que se espera que los neutrinos en los sectores cercanos sean un poco más pesados ​​y menos abundantes que los de nuestro sector. Este enfoque es interesante por otra razón:los neutrinos en los otros sectores también son un candidato viable para la materia oscura, que los investigadores planean estudiar con más detalle. Los experimentos futuros también podrían encontrar firmas de N-naturalidad en forma de una masa de partículas de axiones más grande de lo esperado, así como firmas supersimétricas debido a posibles conexiones con la supersimetría.

"Si la próxima generación de experimentos de CMB no detecta nuevas especies relativistas (etapa 4), entonces dejaré de pensar en la N-naturalidad como una posible solución al problema de la jerarquía, "Dijo D'Agnolo." Según la línea de tiempo actual, estos experimentos deberían comenzar a tomar datos alrededor de 2020 y alcanzar sus objetivos de física en aproximadamente cinco años ".

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