Nel modello proposto, l'universo contiene più settori, ognuno dei quali è governato dalla propria versione del Modello Standard con il proprio valore di aspettativa di vuoto Higgs. Il settore con il valore di aspettativa di vuoto diverso da zero più piccolo contiene la nostra copia del Modello Standard. Credito:Arkani-Hamed et al. ©2016 American Physical Society
(Phys.org)—Una delle domande senza risposta nella fisica delle particelle è il problema della gerarchia, il che ha implicazioni per capire perché alcune delle forze fondamentali sono molto più forti di altre. Le forze delle forze sono determinate dalle masse delle loro corrispondenti particelle portatrici di forza (bosoni), e queste masse a loro volta sono determinate dal campo di Higgs, come misurato dal valore di aspettativa del vuoto di Higgs.
Quindi il problema della gerarchia è spesso indicato come un problema con il campo di Higgs:in particolare, perché il valore di aspettativa del vuoto di Higgs è molto più piccolo delle più grandi scale energetiche dell'universo, in particolare la scala alla quale la gravità (di gran lunga la più debole delle 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 nella fisica delle particelle, e quasi ogni sua soluzione conosciuta corrisponde a una diversa visione dell'universo, "Raffaele Tito D'Agnolo, un fisico a Princeton, detto Phys.org . "Identificare la risposta corretta non risolverà solo un puzzle concettuale, ma cambierà il modo in cui pensiamo alla fisica delle particelle".
In un nuovo articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , D'Agnolo e i suoi coautori hanno proposto una soluzione al problema della gerarchia che coinvolge più (fino a 10 16 ) copie del Modello Standard, ciascuno con un diverso valore di aspettativa del vuoto di Higgs. In questo modello, l'universo è costituito da molti settori, ognuno dei quali è governato dalla propria versione del Modello Standard con il proprio valore di aspettativa di vuoto Higgs. Il nostro settore è quello con il minor valore diverso da zero.
Se, nel primissimo universo, tutti i settori avevano temperature comparabili e possibilità apparentemente uguali di dominare, perché il nostro settore, con il più piccolo valore di aspettativa di vuoto di Higgs diverso da zero, venire a dominare? I fisici introducono un nuovo meccanismo chiamato "campo di riscaldamento" che spiega questo riscaldando l'universo mentre decade. I fisici mostrano che ci sono diversi modi in cui il campo di reheaton potrebbe essere preferenzialmente decaduto e depositato la maggior parte della sua energia nel settore con il più piccolo valore di aspettativa di vuoto di Higgs, facendo sì che questo settore alla fine domini e diventi il nostro universo osservabile.
Rispetto ad altre soluzioni proposte al problema della gerarchia, come la supersimmetria e le dimensioni extra, la nuova proposta - che i fisici chiamano "N-naturalità" - è diversa in quanto la soluzione non si basa esclusivamente su nuove particelle. Sebbene la nuova proposta condivida alcune caratteristiche sia con la supersimmetria che con le dimensioni extra, una delle sue caratteristiche uniche è che non si tratta solo di nuove particelle, ma soprattutto dinamiche cosmologiche, che è centrale per la soluzione.
"La N-naturalità è qualitativamente diversa dalle soluzioni al problema della gerarchia proposte in passato, e prevede segnali in esperimenti di fondo cosmico a microonde (CMB) e indagini strutturali su larga scala, due sonde della natura che si pensava fossero estranee al problema, "D'Agnolo ha detto.
Come spiegano i fisici, dovrebbe essere possibile rilevare le firme di N-naturalità cercando segni dell'esistenza di altri settori. Ad esempio, futuri esperimenti CMB potrebbero rilevare radiazioni extra e cambiamenti nella cosmologia dei neutrini, poiché i neutrini nei settori vicini dovrebbero essere leggermente più pesanti e meno abbondanti di quelli del nostro settore. Questo approccio è interessante per un altro motivo:anche i neutrini negli altri settori sono un valido candidato per la materia oscura, che i ricercatori intendono approfondire. Esperimenti futuri potrebbero anche trovare firme di N-naturalezza sotto forma di una massa di particelle di assioni più grande del previsto, così come firme supersimmetriche dovute a possibili connessioni alla supersimmetria.
"Se nuove specie relativistiche non vengono rilevate dalla prossima generazione di esperimenti CMB (Fase 4), allora smetterò di pensare alla N-naturalità come una possibile soluzione al problema della gerarchia, "D'Agnolo ha detto. "Secondo la timeline attuale, questi esperimenti dovrebbero iniziare a raccogliere dati intorno al 2020 e raggiungere i loro obiettivi di fisica in circa cinque anni".
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