Физики предложили объяснение расхождению масс частиц во вселенной
В апреле 2015 года физики выложили на ресурс arXiv.org работу, предлагающую новый механизм происхождения громадного разрыва между энергиями замечаемых элементарных частиц и характерными масштабами квантовой гравитации. Изучение ученых кроме этого растолковывает современное значение массы бозона Хиггса.
В ноябре 2015 года статью Питера Грэма из Стэнфордского университета, Дэвида Каплана из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе и Сурджета Раджендрана из Калифорнийского университета в Беркли опубликовал издание Physical Review Letters.
© Depositphotos
Неприятность иерархии весов связана с громадным разрывом между экспериментально замечаемыми весами элементарных частиц и масштабами энергий ранней Вселенной. В частности, масса самой тяжелой частицы Стандартной модели (современной парадигмы физики частиц), топ кварка — приблизительно 173,1 гигаэлектронвольта, в то время как планковская масса (верхний предел для весов частиц и характерный масштаб для теории струн и квантовой гравитации) — 2,43?1018 гигаэлектронвольт.
На протяжении собственных краткосрочных встреч в течение 2014 года физики выработали модель, в которой, наровне с полем Хиггса из Стандартной модели, присутствует аксионное поле. В первый раз это поле упоминается во второй половине 70-ых годов XX века в работах Роберто Печчеи и Хелен Квинн в качестве попытки ответа сильной CP-проблемы.
Эта неприятность содержится в том, что в опытах по квантовой хромодинамике не наблюдаются нарушения инвариантности ее уравнений при одновременных замене частиц и зеркальном отражении на античастицы. Теоретически в квантовой хромодинамике такое нарушение быть может, а экспериментально оно отмечается в электрослабом секторе Стандартной модели.
Печчеи и Квинн ввели в квантовую хромодинамику тета-параметр, с которым связано аксионное одноимённая частица и поле. Американские физики постарались соединить теории Хиггса и Печчеи-Квинн, применяя идею Ларри Эбботта.
Данный ученый в первой половине 80-ых годов XX века желал взять массу бозона Хиггса в качестве неспешно принимающего современное значение на протяжении эволюции Вселенной параметра. И вот сейчас американцам удалось предложить механизм, частично растолковывающий замечаемое различие между масштабом и массами частиц квантовой гравитации.
Масса бозона Хиггса в их модели зависит от аксионного поля, частицы которого авторы работы назвали релаксионами. В соответствии с модели, масса бозона Хиггса сразу после Громадного взрыва была громадна и приняла современное значение, в то время, когда Вселенная эволюционировала в мир с замечаемыми сейчас параметрами.
Эволюция нового поля останавливается, в то время, когда массы электрослабых бозонов принимают современные значения, по окончании чего аксионное поле начинает осциллировать.
Поведение аксионоподобного поля
© APS / Alan Stonebraker and P. W. Graham
Предложенная модель совместима с инфляционной теорией, утверждающей, что Вселенная по окончании Громадного взрыва пребывала в стадии экспоненциального расширения. Американцы постарались растолковать не всю замечаемую иерархию весов, а лишь электрослабую.
Их теория уменьшает разрыв до энергий порядка 108 гигаэлектронвольт. В целом новая работа предлагает вероятный вариант ответа сходу трех неприятностей: чёрной материи (ученые полагают, что именно аксион возможно одной из образующих ее частиц), из-за чего у бозона Хиггса отмечается такая масса (приблизительно 125 гигаэлектронвольт) и почему столь резко отличаются масштабы энергии в физике частиц.
Масштабы весов (в мегаэлектронвольтах)
© Nelson Hsu / Quanta Magazine
На данный момент существуют три варианта объяснения для того чтобы разрыва. Первый связан с существованием вторых (еще не открытых экспериментально) частиц. На их роль претендуют, например, суперсимметричные частицы и чёрная материя.
Второй не предполагает новых частиц и сводится к так именуемому антропному принципу: Вселенная такая, какая имеется (с заданным комплектом обрисовывающих ее природу параметров), потому, что в противном случае не существовало бы человека, задающего подобные (в частности, об иерархии весов) вопросы. Третий вариант предполагает существование мультивселенной.
На теорию Грэма-Каплана-Раджендрана уже обратили внимание узнаваемые физики. Положительно отозвался Майкл Дайн из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, что вместе с Яном Аффлеком в 1985 году создал вероятный механизм генерации барионной асимметрии.
Как отметили Раман Сундрум (он вместе с Лизой Рэндалл во второй половине 90-ых годов двадцатого века обнародовал ответ для совокупности двух бран, взаимодействующих в пространстве высокой размерности с гравитацией) и Савас Димопулос (вместе с Говардом Джоржди в первой половине 80-ых годов XX века предложивший Минимальную суперсимметричную СМ), теория Грэма-Каплана-Раджендрана не выходит за пределы знаменитых в СМ способов.
Но нашлись и критики. Так, Нима Аркани-Хамед (взявший за изучения дополнительных измерений и суперсимметричных расширений СМ в 2012 году Премию по фундаментальной физике Юрия Мильнера) указал на то, что в модели Грэма-Каплана-Раджендрана инфляция Вселенной увеличивает ее время эволюции до современного значения на десять миллиардов лет, а Любош Мотль, по личным обстоятельствам покинувший Гарвардский университет, подверг критике авторов за их пренебрежение идеей Поля Дирака о солидных числах, появляющихся при описании природы элементарных Вселенной и частиц.
Источник: А. Борисов lenta.ru
К стандартной модели и определению массы
