¿Por qué tenemos una escala de TeV?

Cuando construimos un modelo, no queremos introducir nuevas escalas en nuestra teoría. Por lo general, tratamos de tener nuevas partículas en la escala de Higgs (TeV) (para resolver el problema de la jerarquía), en la escala GUT o en la escala de Planck.

Sin embargo, si el VEV de Higgs ya nos da una nueva escala, ¿por qué no habría nuevas partículas en alguna escala intermedia, por ejemplo en 10 5 ¿TeV? En otras palabras, ¿qué tiene de antinatural agregar nuevas escalas más allá de las 3 a las que estamos acostumbrados?

Respuestas (2)

En realidad, la escala de Higgs no es la escala TeV. La escala de Higgs es la escala de ruptura de simetría electrodébil, es decir O ( 100 GRAMO mi V ) .

La Teraescala entra en juego junto con el Higgs, ya que la supersimetría, las extensiones más populares del Modelo Estándar, en realidad le gustaría una pequeña masa de Higgs, mucho más pequeña que su valor medido ( < METRO Z ser más preciso). Para tener una masa de Higgs en 125 GeV, necesitamos que los parámetros de ruptura de supersimetría sean del orden de TeV al menos (sin tener en cuenta escenarios extremadamente específicos). La supersimetría de mayor escala todavía es posible, pero no sería tan atractiva desde un punto de vista más fundamental.

También hay otros efectos, como el funcionamiento de la constante de acoplamiento fuerte que también podría insinuar una nueva física, si encontramos una desviación a energías más altas. O obtenga más información sobre la viabilidad de ideas como la Gran Unificación.

Lo que es más importante, con el LHC podemos medir en la escala TeV, es decir, los modelos y las ideas que tienen lugar allí tienen una posibilidad real de ser verificados o falsificados en un futuro previsible. Creo que esa es la razón principal por la que la física de Teraescala es tan importante en este momento.

Editar - para más información: Fundamentalmente, no hay nada de malo en tener muchas escalas. Aún así, sería difícil justificar un mundo con efectos en muchas escalas fundamentales diferentes. La escala en mi ∼ 0 viene gratis, ya que esta es la única energía que es fundamentalmente diferente de todas las demás. Esta escala incluye efectos electromagnéticos y de fuerza fuerte, es decir, todas las dinámicas atómicas y la mayoría de las nucleares (ya que surgen de interacciones con portadores de fuerza sin masa). Luego, tenemos otra escala gratis, solo porque vemos que HAY masa en el mundo. Pero mirando la física de partículas y la gravedad, ya tenemos dos: La escala electrodébil mi ∼ 100 GeV y la escala de Planck mi ∼ 10 19 GeV. Las correcciones cuánticas quieren igualar las escalas, a menos que exista una simetría que proteja la cantidad en cuestión. Esa es una de las razones por las que la supersimetría es tan popular: agrega una simetría para proteger la masa de Higgs (que, de lo contrario, debería ser del orden de la escala de Planck). A menudo, los teóricos añadimos la escala GUT mi ∼ 10 15 GeV a la imagen como una escala intermedia, ya que las tres fuerzas del modelo estándar son (aproximadamente) igualmente fuertes allí. Entonces ya tenemos cuatro escalas (de las cuales necesitamos explicar dos). Ahora agregue la Teraescala para romper la supersimetría y tenemos cinco (tres para explicar). Esto no es satisfactorio, pero por desgracia, es lo mejor que podemos hacer por ahora.

Diría que solo había 1 escala, la electrodébil, que necesitamos explicar. ¿Por qué dices 2? Además, con SUSY dices que ahora hay una escala extra. Ese es básicamente el problema de mu, pero no es tan malo como otras jerarquías, por ejemplo, mu es estable bajo correcciones y puede resolverse, por ejemplo, mediante el mecanismo NMSSM o Giudice Maseiri.
De hecho, la escala GUT es gratuita si se asume un grupo de calibre unificador con el contenido de materia del SM. Además de mejorar el pequeño problema de la jerarquía, sin embargo, no hay ninguna razón particular por la cual los efectos de NP deban ocurrir en la Teraescala.
@Neuneck: Entonces, si entiendo correctamente, afirma que no agregamos escalas adicionales porque no hay necesidad de ellas, esencialmente un argumento de la navaja de Ocaam. Cada otra escala que tenemos tiene un significado definido. Veo lo que dices, pero no parece que eso sea cuestionable. ¿Por qué creemos que estas balanzas son tan sagradas?
Porque SÍ observamos fenómenos relacionados con estas escalas. La escala de Planck está relacionada con la gravedad, la escala GUT con las constantes de acoplamiento, la escala débil con el vev de Higgs o la masa Z. Si desarrolla una teoría que explique dinámicamente la aparición de la relación de dos de las anteriores, sería una Vaya cosa. (Tenga en cuenta que también existe la escala QCD RG-invariante Λ , que PUEDE explicarse dinámicamente y que, por tanto, no considero fundamental, sino emergente). Si uno cree en una teoría del todo, también debería creer en una escala de energía universal que fija todas las escalas a través de proporciones.

Si desea que la nueva física resuelva el problema de la jerarquía, es mejor si está cerca de la escala débil, o de lo contrario se quedará con una pequeña jerarquía residual.

Estás describiendo el "gran desierto" entre las escalas débil y GUT. Creo que fue motivado por la idea de que SUSY vivía en la escala débil, resolviendo el problema de la jerarquía y asegurando la unificación del acoplamiento de calibres. Cualquier física entre esas escalas sería innecesaria, podría estropear la unificación o inducir FCNC y la descomposición de protones.

No creo que la hipótesis del gran desierto sea particularmente convincente, especialmente a la luz de los resultados del LHC, pero es plausible.

Desde mi experiencia con la construcción de modelos, la gente evita a toda costa introducir nuevas escalas. Si SUSY no se encuentra en la escala TeV, ¿deberíamos cambiar nuestro enfoque para la construcción de modelos?
La respuesta no está clara, pero probablemente se aclarará durante el próximo año o dos. En mi opinión, los problemas de naturalidad necesitan una explicación física. Hay muchos que dirán, "hey, la naturalidad no es una ley física, es solo una heurística fallida que inventaron los seguidores de SUSY. Olvidémoslo. El SM está bien".
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