¿Cuál es la nueva física más natural que uno puede esperar en la escala TeV: nuevas partículas (supersimétricas) o alguna nueva estructura de espacio-tiempo (no conmutativa)?

Hasta ahora, no se ha encontrado en el LHC nada más que una resonancia similar al bosón de Higgs del modelo estándar (SM), mientras que muchas predicciones basadas en teorías efectivas que utilizan la supersimetría requieren varios escalares de Higgs y necesitan un séquito de partículas de masa similar para domar su cuántica. inestabilidades (tomo prestado más o menos de James D. Wells ).

Por otro lado, la extensión espectral y casi conmutativa del SM por Chamseddine y Connes , espera solo un bosón de Higgs sin otras partículas en el rango TeV. En este enfoque no conmutativo, el espacio-tiempo aparece como el producto (en el sentido de haces de fibras) de una variedad continua por un espacio discreto y Martinetti y Wulkenhaar han demostrado que, en condiciones precisas, el aspecto métrico de los espacios "continuo × discreto" se reduce a la imagen simple de dos copias de la variedad.

¿Podría ser que esta imagen de un espacio-tiempo de dos hojas ayude a superar el problema de la naturalidad técnica relacionada con el modelo estándar de Higgs ( reemplazando tentativamente una supersimetría de baja energía por un nuevo marco geométrico ) y debe tomarse en serio para poder progresar en el comprensión de la física más allá de la SM?

Para preguntarlo de otra manera:

Recordando que el modelo estándar como el bosón de Higgs es una consecuencia natural del marco geométrico no conmutativo, ¿podría ser que la discreción del espacio-tiempo que generalmente se espera en la escala de Planck de la gravedad cuántica ya se muestra en la escala electrodébil a través de la existencia misma del ¿Ya descubrió el bosón de Higgs? (esta formulación podría requerir un nuevo significado heurístico, aún por definir, para el término: naturalidad )

Por último, pero no menos importante, vale la pena señalar que para postdecir la masa correcta del bosón de Higgs detectado en LHC8, la última versión del modelo espectral se basa en un acoplamiento débil con otro escalar que aparece "naturalmente" en la acción espectral al igual que el Higgs. Se espera que este " hermano mayor " del bosón de Higgs adquiera un vev generando una escala de masa superior 10 11 GRAMO mi V para neutrinos de Majorana diestros. Por lo tanto, podría ser responsable de un mecanismo de balancín de tipo I que explique la fenomenología de los neutrinos más allá del SM mínimo.

¡Puede ser que la geometría no conmutativa pueda ayudar a hacer que las teorías efectivas sean más vivas y activas! En memoria de Ken Wilson

Para celebrar el 4 de julio "IndependentHiggsday", le deseo un feliz cumpleaños al campo escalar más ligero del Modelo Estándar y felicito a los experimentadores que trabajan duro para demostrar que la física está viva (y no ordenada por teorías ;-)!

EDITAR: El título de la pregunta se ha cambiado en un intento de mejorar la claridad (después de leer The Higgs: tan simple pero tan poco natural ); el título anterior era:

¿Duplicar el número de partículas elementales o "duplicar el espacio-tiempo" para acomodar la fenomenología del bosón de Higgs a 8TeV?

Hasta donde yo sé, el modelo estándar no conmutativo todavía tiene un problema de jerarquía; no predice la escala electrodébil, solo restringe las masas posibles del Higgs, después de que se especifican muchos otros parámetros SM.
-1: Esto me parece más un anuncio que una pregunta real
De hecho, hay una pregunta: es la parte en negrita.
Con respecto al problema de la jerarquía, al agregar un campo de dilatón, la acción espectral contiene supuestamente "todas las características esenciales de la construcción de un modelo estándar invariante de escala, interacciones para generar una jerarquía de masas y predecir la masa de Higgs ..." ( arxiv.org/abs/hep -th/0512169 ) y para ser más específicos sobre el ajuste fino "el problema de explicar la escala de masas de fermiones muy baja se reduce a explicar el origen de un dilaton vev del orden de 10^2" ( arxiv.org/abs/ 1008.0985 ). Estas afirmaciones se hicieron antes de la última versión del modelo espectral.
Puedo entender que la pregunta parece un anuncio, pero no lo es (mi perfil explica mi preferencia por la geometría no conmutativa). Es solo que al leer recientemente " Teorías de campos efectivos y el papel de la consistencia en la elección de teorías " ( arxiv.org/abs/1211.0634 ) de JD Wells, me parece que la teoría efectiva derivada del modelo espectral casi conmutativo tiene una base matemática bastante sólida. consistencia y tiene similitudes con otras teorías efectivas que tienen buena (r) consistencia observacional (que las basadas en supersimetría, hasta donde yo sé).
Revisé la literatura de física NCG, antigua y nueva, y se afirma que su solución de dilatación al problema de la jerarquía funciona de la misma manera que el modelo de Randall-Sundrum, donde un número pequeño (distancia entre las dos branas, en el caso de RS) sirve como exponente y produce la gran diferencia entre la escala débil (escala de Fermi) y la escala GUT/Planck. Se dice que la analogía con RS es bastante cercana. Todavía no puedo juzgarlo por mí mismo.
La claridad de esta pregunta no se ve favorecida por el hecho de que el texto ahora contiene dos preguntas, ninguna de las cuales está en el título. la primera pregunta en el texto es sobre la naturalidad, la segunda pregunta es sobre el espacio-tiempo discreto, el título es sobre geometría no conmutativa versus supersimetría.
Estimado @MitchellPorter, Con respecto a la analogía con RS, creo que es bastante formal, no existen los modos de Kaluza-Klein o los análogos de partículas en el modelo espectral, por ejemplo... La comparación más directa entre Geometría no conmutativa y Randall-Sundrum Los modelos (en el contexto de las alternativas a la compactación) que conozco son este artículo: arxiv.org/abs/hep-th/0009180
Estimado @MitchellPorter, espero que la última edición mejore un poco la claridad de mi pregunta. De lo contrario, dejaré de citar a Niels Bohr, quien dijo una vez: "... No me gusta hablar más claramente de lo que pienso" (humildemente, no puedo escribir más claramente de lo que entiendo). Cita del libro "El hogar es donde sopla el viento: capítulos de la vida de un cosmólogo" de Sir Fred Hoyle
¿Quién está cerca de votar esta pregunta de alto nivel afirmando que se basa más bien en la opinión? Está muy claro que el OP busca respuestas desde el punto de vista de la física, que no es lo mismo que una discusión no constructiva basada en opiniones Dejar abierto

Respuestas (3)

El documento al que se vincula contiene un modelo que es simplemente el Modelo estándar acoplado a un escalar singlete. Su problema de jerarquía es tan grave como el del modelo estándar y, como tal, es una teoría muy poco natural. (Para ser claros: lo que quiero decir con "antinatural" aquí es que la teoría tiene correcciones cuadráticamente divergentes a la masa de Higgs y, como tal, la física de baja energía es muy sensible a parámetros ultravioleta desconocidos. Hasta donde puedo determinar el Chamseddine /El escenario de Connes no hace nada para domar los problemas ultravioleta de la teoría cuántica de campos.)

Esta respuesta ignora por completo la derivación de geometría no conmutativa de este modelo, lo que hace que este modelo sea más natural de lo que sería si solo consideraras la física convencional. (A menos que esté utilizando el significado técnico de física de partículas de "natural").
Sí, por supuesto que estoy usando el significado técnico de "natural", que supuse que era el significado que pretendía la pregunta. Si no, no sé qué significa la pregunta. editaré
El OP dice "dando entonces un significado bastante no técnico a la naturalidad ". Tengo que admitir que yo tampoco entiendo lo que significa la pregunta.
@PeterShor: dado que la recompensa actualmente nos impide cerrar esta pregunta como 'principalmente basada en opiniones', creo que es razonable suponer que el término 'problema de naturalidad' utilizado por OP debe referirse a la naturalidad técnica.
Sí ... si el OP está hablando de la definición en inglés de "natural", esta es claramente una pregunta "principalmente basada en opiniones", ya que requiere una comparación de la física basada en la supersimetría con la física basada en la geometría no conmutativa.
@Matt Reece: hay un artículo mucho más antiguo de Chamseddine y Connes arxiv.org/abs/hep-th/0512169 que afirma la naturalidad técnica de estos modelos no conmutativos, una vez que incluye el dilatón NC. El estatus de esa idea es la verdadera cuestión de fondo aquí; He querido estudiarlo y comentarlo, pero aún no he encontrado el momento.
@Mitchell Porter: eso es prácticamente un fracaso. No hay dilatación de luz en nuestro universo, y la gravedad está lejos de ser conforme de todos modos. Nunca he visto un intento de relacionar la naturalidad con la invariancia de la escala que tuviera un poco de sentido para mí.
He editado la pregunta para eliminar la ambigüedad del problema de la naturalidad. En mi pregunta, entiendo claramente la "naturalidad" en la perspectiva general de 't Hooft: "nuestro objetivo es utilizar la naturalidad como una nueva guía para construir modelos de partículas elementales". Pero siguiendo a Grinbaum arxiv.org/abs/0903.4055 , me pregunto si este tipo de argumento heurístico destinado en primer lugar a mostrar "que esta es la razón por la cual no se ven partículas escalares ligeras que interactúan débilmente" (otra cita de 't Hooft) no ha llegado a un callejón sin salida en el marco de campo cuántico habitual (¿conmutativo?).
Me pregunto si el marco no conmutativo no podría ser una herramienta valiosa para superar este problema de naturalidad técnica del bosón de Higgs.
No soy un experto en absoluto, por lo que no pretendo corregir ninguna declaración de Matt Reece en su respuesta. Sin embargo, restringir el trabajo antes mencionado de Chamseddine y Connes como un modelo efectivo y al mismo tiempo caracterizarlo como una teoría altamente antinatural me parece demasiado simplificado e injusto. De todos modos, Matt Reece plantea un tema importante que definitivamente no está lo suficientemente claro en la mayoría de los artículos de Chamseddine y Connes.
Para continuar con el último número, creo que Walter D. van Suijlekom trabaja arduamente en la renormalización de la acción espectral expandida asintóticamente considerada como teorías de calibre de derivadas superiores que muestran que contiene reguladores UV de derivadas superiores naturales ( arxiv.org/pdf/1112.4690 .pdf )...

Aviso: esta es otra respuesta tentativa para abordar (mejor que en la anterior) el problema de naturalidad planteado por el punto muerto actual para las teorías de campo cuántico Susy-Yang-Mill-Higgs perturbativamente renormalizables tradicionales en la fenomenología del LHC . Se puede formular brevemente como una conjetura "educada" que combina algo de intuición de física de materia condensada y visión no conmutativa:

La fina estructura del espacio-tiempo en la escala electrodébil podría actuar como un protectorado no conmutativo, asegurando un mecanismo de seguridad no conmutativo que protege la baja masa del Higgs de las correcciones cuánticas divergentes hasta la escala de Planck , al igual que las masas de espín 1/ 2 fermiones están protegidos por "quiralidad" y los bosones de espín 1 están protegidos por la invariancia de calibre.

Eso explicaría por qué fallan las predicciones de SUSY en el marco conceptual de la teoría cuántica de campo perturbativamente renormalizable en el espacio-tiempo conmutativo de cuatro dimensiones habitual, porque sondear la física del Higgs para ir más allá del modelo estándar probablemente requiera no solo repasar energías mucho más altas, sino también también para trabajar con el marco de espacio-tiempo adecuado. Para hacer una comparación cruda: el análisis de las ondas de sonido con la teoría efectiva de la hidrodinámica no puede ayudar al físico a descubrir la estructura atómica de la materia, pero escuchar la comprensión obtenida por el químico que entendió conceptualmente cómo dar forma a la materia puede ayudar...

Además , ya se está avanzando en la comprensión de cómo la no conmutatividad podría modificar el flujo del grupo de renormalización para los acoplamientos de Higgs .

Entonces, tal vez una vez que la restricción no conmutativa adecuada se implemente correctamente en la construcción de modelos de física, uno será testigo de un nuevo aumento en " el precio de las acciones en la teoría cuántica de campos ", para citar a Weinberg. Después de todo, el Modelo Estándar surgió en los años 70 tomando en serio los grupos de calibre no abelianos previstos en los años 50 y gracias a la comprensión conceptual de la libertad asintótica en la cromodinámica, ¡recuerdo que esta última parte todavía es conjetural hoy en día! ¡Entonces sería bastante natural ir más allá del modelo estándar en la década de 2010 gracias a algunas nuevas ideas geométricas no conmutativas desarrolladas en la década de 1990 que explican la ruptura cuántica espontánea de la simetría electrodébil imaginada en la década de 1960!

Por supuesto, este tipo de heurística hipotética y retroanálisis epistemológico definitivamente no es una respuesta técnica y podría entender que tal especulación no es adecuada para Physics SE (estoy listo para eliminarla si es necesario). Agregar una etiqueta de "epistemología" habría ayudado, pero ya había 5 de ellos.

Observación: encontré ideas interesantes e inspiradoras sobre la renormalización en el contexto no conmutativo (pero muy diferente del Higgs) en este artículo de V. Rivasseau.

La pregunta es difícil de responder no por su carácter coloquial sino porque intenta establecer una comparación entre dos predicciones a escala TeV sustentadas en dos marcos teóricos muy diferentes:

  • la predicción de partículas supersimétricas se realiza en el contexto de la teoría cuántica renormalizable con campos que interactúan en un espacio-tiempo 4D de Minkowski;
  • la existencia de una estructura fina (dos hojas) de espacio-tiempo viene con un principio de acción espectral en un entorno geométrico casi conmutativo.

A pesar de esta diferencia fundamental, creo que debería ser posible e interesante compararlas, debatir sobre su consistencia matemática y observacional como dos teorías efectivas en la escala TeV . Entiendo las teorías efectivas en el punto de vista moderno muy pedagógicamente explicado por Matthew Schwartz en esta nota de conferencia .

Creo que vale la pena enfatizar que el problema de la naturalidad técnica del bosón de Higgs del modelo estándar existe solo si se asume que está integrado en una teoría renormalizable más grande que va en la línea de QFT convencional en el espacio-tiempo 4D de Minkowski ( apreciaría ser corregido si me equivoco en esta afirmación ).

En la medida en que el principio de acción espectral, aplicado sobre una geometría cruda casi conmutativa y con un corte de escala de Planck, ya demuestra ser capaz de entregar los términos de Einstein-Hilbert y el modelo estándar de Yang-Mill-Higgs, no es No es razonable esperar que la geometría no conmutativa ofrezca otra incorporación del modelo estándar a algún tipo de terminación UV con grados de libertad que serían diferentes de la QFT habitual en el espacio-tiempo 4D de Minkowski . Este artículo reciente (2013), por ejemplo, va en esa línea y propone una estructura no conmutativa diferente que combina grados de libertad de espín y calibre de una manera muy específica.

Sin embargo, si uno quiere apegarse al problema de la naturalidad de la escala electrodébil, podría ser interesante reevaluar a la luz de los desarrollos recientes la tentativa anterior de considerar la geometría no conmutativa como otra alternativa a la compactación (1999). De hecho, se demostró que un modelo de juguete casi conmutativo en un espacio-tiempo de dos láminas con campos gravitacionales y de calibre U(1) proporciona un potencial de Randall-Sundrum para el campo de Higgs con el término exponencial correcto para reducir la escala natural de la simetría electrodébil pasando de la escala de Planck a la escala de TeV sin un ajuste fino. Yo cito :

Notamos que los elementos no diagonales del álgebra matricial y del operador de Dirac tienen una doble interpretación. Por un lado están el campo de Higgs en la configuración de calibre, cuya escala natural es la escala electrodébil. Por otro lado aparecen como la componente discreta de la conexión Levi-Civita, con una escala gravitatoria natural (Planck). Es este rol dual el que resuelve el problema de la jerarquía en este escenario.

Sería interesante investigar si el término exponencial que aparece en el artículo de 1999 tiene alguna conexión con el nuevo campo escalar singlete propuesto por Chamseddines y Connes en 2012 para postdecir la masa correcta del bosón físico de Higgs observado en LHC8... (más allá del mera coincidencia del etiquetado sigma para el nuevo grado de libertad en ambos artículos, supongo que solo una notación conveniente para un campo escalar singulete genérico)!

Comentario sobre la recompensa: el período de recompensa ha terminado, agradezco a Matt Reece por proponer una respuesta, pero no puedo aceptarla por la razón dada por Peter Shor en su comentario. También agradezco a Mitchell Porter por sus comentarios constructivos. Ahora me siento libre de proponer mi propia respuesta.

¿Cuál es la nueva física más natural que uno puede esperar en la escala TeV: nuevas partículas (supersimétricas) o alguna nueva estructura de espacio-tiempo (no conmutativa)?
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