Tengo entendido que nada en el modelo estándar predice los valores de masa de las partículas fundamentales, así que supongo que eso significa que actualmente no sabemos cómo hacer modelos de interacciones de Higgs para predecir las masas teóricamente. Mi pregunta es más sobre los próximos experimentos cuando el LHC vuelva a estar en línea. A medida que ingresan más datos sobre los detalles del mecanismo, ¿podría una imagen más precisa de Higgs (y los detalles del proceso de adquisición de masa) generar modelos empíricos que especifiquen cuánta masa adquiere una partícula? ¿O son las razones por las que el Modelo Estándar no predice las masas demasiado profundas para ser resueltas por simples extensiones de la teoría?
El modelo, hasta ahora compatible con todo lo que sabe, no es solo un modelo empírico y no se encontrará en 2015. Ya se encontró en la década de 1960, con el QCD completado a principios de la década de 1970, y se llama Estándar. Modelo; es el ejemplo realista más completo de una teoría cuántica de campos (o, usando una clasificación más específica, una teoría de calibre con campos de materia). Hasta ahora, el LHC ha estado de acuerdo con todas las predicciones del Modelo Estándar.
Las simetrías conocidas, etc., son tan restrictivas que el modelo con el espectro mínimo (las partículas que ya se han observado) se completa hasta 20 parámetros libres más o menos. Y conocemos los valores de todos estos parámetros con un nivel de precisión bastante bueno. Excepto por un parámetro, efectivamente la masa de Higgs, conocemos todos estos valores de parámetros desde hace décadas.
Tanto el Higgs vev (qué tan lejos está el campo de Higgs en cada punto del espacio del "valor central" para el cual las masas serían cero) y la masa de Higgs en sí misma puede calcularse a partir de los coeficientes de la cuártica ( ) y cuadrático ( ) términos en la energía potencial de Higgs. La masa W y la masa Z se calculan a partir del vev de Higgs y los acoplamientos de calibre (que también se pueden medir de forma independiente a partir de la tasa de interacciones débiles, etc.), esencialmente mediante .
Y las masas de los fermiones se calculan como el producto del higgs vev y el acoplamiento Yukawa correspondiente (cuánto interactúa el Higgs con la especie de fermión dada). Los acoplamientos de calibre, los acoplamientos Yukawa y (la autointeracción de Higgs de cuarto orden) son parámetros adimensionales (sin unidades) del modelo estándar que deben medirse; determinan las masas de las partículas. Se necesita una teoría más profunda para calcularlos a partir de primeros principios (teoría de cuerdas para calcularlos todos). La masa de Higgs o Higgs vev o coeficiente cuadrático de Higgs es el único parámetro dimensional del Modelo Estándar (con las unidades de masa) que determina la escala natural para todas las masas de partículas en el Modelo Estándar. (El misterio de por qué esta escala de masas es mucho más baja que la escala de Planck, la escala natural de la gravedad cuántica, se conoce como el problema de la jerarquía).
El LHC no encontrará ningún modelo "nuevo o mejor" si el espectro de partículas sigue siendo el que es. El LHC no encontrará nuevos valores de parámetros en el Modelo Estándar; ya los conocemos todos. A lo sumo, la precisión mejorará un poco. Si el LHC encuentra nueva física en 2015 (o en los datos de 2012 que aún no se han procesado), tendremos que cambiar a un modelo más completo que también describa la física Más allá del modelo estándar.
Pero para explicar los valores de los parámetros a partir de principios más profundos, es necesario realizar avances teóricos y no experimentales: avances en física teórica de muy alta energía cerca de la escala fundamental. Las grandes teorías unificadas pueden hacer una parte del trabajo, pero solo la teoría de cuerdas tiene el potencial para explicar y calcular todos los valores de los parámetros.