Dans le modèle proposé, l'univers contient plusieurs secteurs, dont chacun est régi par sa propre version du modèle standard avec sa propre valeur d'espérance de vide de Higgs. Le secteur avec la plus petite valeur attendue de vide non nulle contient notre copie du modèle standard. Crédit :Arkani-Hamed et al. ©2016 Société américaine de physique
(Phys.org)—L'une des questions sans réponse en physique des particules est le problème de la hiérarchie, ce qui a des implications pour comprendre pourquoi certaines des forces fondamentales sont tellement plus fortes que d'autres. Les forces des forces sont déterminées par les masses de leurs particules porteuses de force correspondantes (bosons), et ces masses à leur tour sont déterminées par le champ de Higgs, tel que mesuré par la valeur attendue du vide de Higgs.
Ainsi, le problème de hiérarchie est souvent présenté comme un problème avec le champ de Higgs :spécifiquement, pourquoi la valeur attendue du vide de Higgs est-elle tellement plus petite que les plus grandes échelles d'énergie de l'univers, en particulier l'échelle à laquelle la gravité (de loin la plus faible des forces) devient forte ? Réconcilier cet écart apparent aurait un impact sur la compréhension des physiciens de la physique des particules au niveau le plus fondamental.
"Le problème de la hiérarchie est l'une des questions les plus profondes de la physique des particules, et presque chacune de ses solutions connues correspond à une vision différente de l'univers, " Raffaele Tito D'Agnolo, un physicien à Princeton, Raconté Phys.org . "Identifier la bonne réponse ne résoudra pas seulement une énigme conceptuelle, mais changera notre façon de penser la physique des particules."
Dans un nouvel article publié dans Lettres d'examen physique , D'Agnolo et ses coauteurs ont proposé une solution au problème de hiérarchie qui implique plusieurs (jusqu'à 10 16 ) des exemplaires du Modèle Standard, chacun avec une valeur d'espérance de vide de Higgs différente. Dans ce modèle, l'univers se compose de nombreux secteurs, dont chacun est régi par sa propre version du modèle standard avec sa propre valeur d'espérance de vide de Higgs. Notre secteur est celui qui a la plus petite valeur non nulle.
Si, au tout début de l'univers, tous les secteurs avaient des températures comparables et des chances apparemment égales de dominer, pourquoi notre secteur, avec la plus petite valeur d'espérance de vide de Higgs non nulle, venir dominer ? Les physiciens introduisent un nouveau mécanisme appelé « champ de réchauffage » qui explique cela en réchauffant l'univers au fur et à mesure qu'il se désintègre. Les physiciens montrent qu'il existe plusieurs façons dont le champ de réchauffage aurait pu se désintégrer de préférence et déposer la majorité de son énergie dans le secteur avec la plus petite valeur d'espérance de vide de Higgs, ce secteur finit par dominer et devenir notre univers observable.
Par rapport à d'autres solutions proposées au problème de hiérarchie, comme la supersymétrie et les dimensions supplémentaires, la nouvelle proposition - que les physiciens appellent "N-naturalité" - est différente en ce que la solution ne repose pas uniquement sur de nouvelles particules. Bien que la nouvelle proposition partage certaines caractéristiques à la fois avec la supersymétrie et les dimensions supplémentaires, l'une de ses caractéristiques uniques est qu'il ne s'agit pas seulement de nouvelles particules, mais surtout la dynamique cosmologique, qui est au cœur de la solution.
"La N-naturalité est qualitativement différente des solutions au problème de hiérarchie proposées dans le passé, et il prédit des signaux dans des expériences de fond diffus cosmologique (CMB) et des études de structure à grande échelle, deux sondes de la nature que l'on croyait sans rapport avec le problème, " dit D'Agnolo.
Comme l'expliquent les physiciens, il devrait être possible de détecter des signatures de N-naturalité en recherchant des signes de l'existence d'autres secteurs. Par exemple, les futures expériences CMB pourraient détecter un rayonnement supplémentaire et des changements dans la cosmologie des neutrinos, puisque les neutrinos des secteurs proches devraient être légèrement plus lourds et moins abondants que ceux de notre secteur. Cette approche est intéressante pour une autre raison :les neutrinos des autres secteurs sont également un candidat viable pour la matière noire, que les chercheurs prévoient d'étudier plus en détail. De futures expériences pourraient également trouver des signatures de N-naturalité sous la forme d'une masse plus grande que prévu de particules d'axions, ainsi que des signatures supersymétriques dues aux connexions possibles à la supersymétrie.
"Si de nouvelles espèces relativistes ne sont pas détectées par la prochaine génération d'expériences CMB (étape 4), alors j'arrêterai de penser au N-naturalité comme solution possible au problème de la hiérarchie, " D'Agnolo a déclaré. "Selon la chronologie actuelle, ces expériences devraient commencer à prendre des données vers 2020 et atteindre leurs objectifs de physique dans environ cinq ans. »
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