La ruptura de simetría espontánea electrodébil es mucho más difícil para mí de entender que la transición de fase de plasma de gluón-quark. En este último, las leyes físicas siguen siendo las mismas y los gluones y los quarks simplemente se unen por debajo de un umbral de temperatura porque la energía libre que describe sus propiedades termodinámicas presenta un nuevo mínimo global único.
Sin embargo, en el EWSSB, las leyes físicas fundamentales que describen las interacciones de partículas (nuestro modelo estándar de física de partículas) cambian en esa transición de fase. Solía pensar que era solo un artefacto para explicar las interacciones EW, pero dado que se descubrió el bosón de Higgs y se está llevando a cabo una exploración sistemática del sector de Higgs en el CERN, EWSSB debe tomarse en serio.
Ahora me pregunto si hay más en el EWSSB de lo que parece. Más precisamente, ¿podrían explicarse la materia oscura y la energía oscura por esta transición de fase?
1.- Creo que es razonable considerar que la ruptura espontánea de la simetría electrodébil fue una verdadera transición de fase termodinámica.
2.- También creo que también es razonable suponer que se trató de una “transición de fase de primer orden”.
3.- Creo que también es posible/probable que el campo escalar isoespinor (campo de Higgs), pudiera haber presentado dos mínimos globales diferentes , uno con VEV cero y otro con VEV distinto de cero cuando comenzó la transición de fase. Usualmente, las transiciones de fase de primer orden ocurren porque aparece un nuevo mínimo global de la energía libre del sistema termodinámico además del ya existente. Estos dos mínimos globales permiten la coexistencia de dos fases diferentes con diferentes propiedades físicas, al menos por un tiempo. Hasta donde yo sé, mientras el sistema termodinámico que experimenta las transiciones de fase de primer orden presenta dos mínimos globales de energía libre diferentes, las dos fases coexisten en todas partes, al menos en el límite termodinámico.
Nucleation and domain expansion start only later (if they do), when one of
the minima becomes local and the remaining one stays global. The phase
belonging to the global minimum nucleates and expands at the expenses of the
one belonging to the local minima. The picture can become more complicated
if the transition process from being a global minimum to becoming a local
one is very fast (water supercooling would be an example).
4.- Si el campo de Higgs todavía tuviera los dos mínimos globales en la actualidad (o uno global y uno local sobreenfriado separados por una gran barrera de energía libre), creo que tendríamos dos conjuntos diferentes de partículas elementales con diferentes características físicas. propiedades. Las verdaderas cargas manométricas y los valores de masa en estos dos conjuntos de partículas serían:
a) Color, weak isospin, weak hypercharge and zero masses. (Higgs field
VEV=0).
b) Color, weak isospin and EM charge and non-zero massess. (Higgs field
VEV > 0).
5.- Si tuviéramos los dos conjuntos de partículas elementales, sus interacciones podrían ser muy, muy débiles (es solo una suposición). Doy por sentado que, al menos, interactuarían gravitacionalmente.
6.- Si todo esto fuera posible, ¿podría explicar la materia oscura y/o la energía oscura ?
For example, the long-range weak forces (in the massless sector) between
particles with the same Y_w and I^3_w could lead to large-scale repulsive
effects (see Quantum Field Theory 2nd Edition by Lewis E. Ryder, page 306
and references therein) that could, perhaps, explain the accelerated
expansion of the universe.
Me disculpo de antemano por publicar esta pregunta de una manera tan extraña. Sin embargo, es la única manera que he podido expresar lo que tenía en mente.
También me doy cuenta de que es paradójico (supongo que a muchos les parecerá risible) pensar en dos conjuntos de partículas elementales que cumplen leyes físicas diferentes, así que, por favor, no sean demasiado duros conmigo. Puedo seguir las matemáticas de EWSSB pero cuando pienso en el proceso físico (leyes físicas fundamentales que, ¿cambian/evolucionan repentinamente? ¿cambian/evolucionan gradualmente?) siento que hay algo que definitivamente no estoy haciendo bien o el proceso dinámico de la ruptura de la simetría es muy poco conocida.
He escrito el sexto punto, planteando una sola pregunta y reformulando todo lo demás porque, para ser honesto, esta es la razón por la que comencé a pensar en el EW-SSB. Me he estado preguntando durante un tiempo si un modelo estándar de Higgs sin masa que coexistiera con nuestro modelo estándar podría producir un conjunto de "partículas que casi no interactúan" que podrían explicar los componentes oscuros del modelo cosmológico Lambda-CDM.
El sentido común me dice que la respuesta es no. No soy tan ingenuo como para pensar que es probable que todo esto sea correcto. Pero debería ser posible (tal vez incluso fácil) verificar que la idea es incorrecta porque asumo que la física de un modelo estándar de Higgs de masa cero puede resolverse o, mejor aún, quizás alguien ya lo haya hecho. Como no he podido encontrar esa información y no puedo resolverlo por mí mismo, decidí publicar esta pregunta.
Si ya se ha desarrollado un modelo de este tipo (modelo estándar de Higgs de masa cero), hágamelo saber. Un enlace sería muy apreciado.
Los cálculos de celosía realizados en los años 90 han demostrado de manera bastante definitiva que la transición de fase electrodébil es un cruce suave (NO es una transición de fase brusca), consulte, por ejemplo, https://arxiv.org/abs/hep-lat/9809045 . Esto se sabía incluso antes de que se descubriera el Higgs, porque la masa del Higgs correspondiente al punto final de segundo orden de la transición de primer orden a baja es GeV, por debajo del límite inferior de extraído de datos electrodébiles de precisión en LEP. Ahora, por supuesto, sabemos que de hecho parece haber un solo Higgs con GeV. Es posible que los modelos extendidos con Higgses adicionales que brindan una transición de primer orden no estén totalmente muertos, pero se están volviendo muy complicados.
Debo mencionar por qué a la gente le importa esto: para que la bariogénesis electrodébil funcione, debemos satisfacer los criterios de Sakharov, y uno de ellos es que necesitamos un proceso de no equilibrio. En una transición de primer orden podemos tener superenfriamiento y nucleación de burbujas, pero en un cruce suave el sistema nunca está muy lejos del equilibrio. Entonces, el hecho de que la transición sea suave fue uno de los hechos que mató la bariogénesis EW.
Mientras las personas abordan la pregunta principal ("¿Rotura de simetría espontánea electrodébil, una verdadera transición de fase de primer orden?"), Permítanme decir algo sobre las preguntas secundarias.
3 - "¿Es concebible que el campo escalar isoespinor (campo de Higgs), pudiera haber presentado dos mínimos globales diferentes, uno con VEV cero y otro con VEV distinto de cero?"
Bajo ciertas condiciones, el sector electrodébil SM tiene un segundo mínimo, pero no está en cero VEV, está en un valor de campo mucho mayor distinto de cero. El VEV cero solo ocurre a temperaturas tan ultra altas que el campo de Higgs no tiene oportunidad de encontrar su mínimo.
4-5 - Lo reformularé así: si tuviera dominios adyacentes que estuvieran en diferentes fases y con diferentes espectros de partículas, ¿podrían interactuar las partículas de los diferentes dominios y cómo lo harían?
En una teoría con una estructura de fase más complicada que el modelo estándar y con paredes de dominio estables, es posible que las excitaciones en la pared del dominio sirvan como interfaz entre la física de los dos dominios.
Sin embargo, el modelo estándar no parece tener ese tipo de estructura de fases. Se dice aquí (gracias a "king vitamin" de physicsforums.com por esta referencia), página 52, que en el modelo estándar mínimo único, simplemente no obtienes muros de dominio; y mientras tanto , en el régimen donde el modelo estándar tiene un segundo mínimo verdadero a escalas muy altas, las paredes de dominio resultantes simplemente decaen rápidamente.
Tengo entendido que la cuestión de si la transición electrodébil fue de primer o segundo orden no está completamente resuelta, pero la evidencia actualmente parece indicar que fue débilmente de primer orden: https://journals.aps.org/prd/ resumen/10.1103/PhysRevD.45.2933 . En este caso, presumiblemente, habría existido una coexistencia de fases en diferentes regiones del espacio durante un período de tiempo muy corto a medida que el universo se enfriaba a la temperatura crítica. Pregunté sobre la fenomenología de este proceso en ¿Cómo se veía realmente la ruptura de simetría electrodébil? , pero no recibió ninguna respuesta.
Editar : Aparentemente, esta respuesta probablemente sea incorrecta. Solo lo dejo porque creo que hay una discusión interesante en los comentarios.
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Carlos L. Janer
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