Какую наиболее естественную новую физику можно ожидать в масштабе ТэВ: новые (суперсимметричные) частицы или какую-то новую (некоммутативную) структуру пространства-времени?

До сих пор на БАК не было обнаружено ничего, кроме одного резонанса, подобного бозону Хиггса Стандартной модели (СМ), в то время как многие предсказания, основанные на эффективных теориях с использованием суперсимметрии, требуют нескольких скаляров Хиггса и нуждаются в окружении частиц, близких по массе, чтобы укротить его квант. нестабильности (более или менее я заимствую у Джеймса Д. Уэллса ).

С другой стороны, спектральное и почти коммутативное расширение СМ Чамседдина и Конна предполагает наличие только одного бозона Хиггса без других частиц в диапазоне ТэВ. В этом некоммутативном подходе пространство-время появляется как произведение (в смысле расслоений) непрерывного многообразия на дискретное пространство, и Мартинетти и Вулкенхар доказали , что при точных условиях метрический аспект «континуум × дискретные» пространства сводит к простой картине двух копий многообразия.

Может ли быть так, что эта картина двухлистного пространства-времени помогает преодолеть проблему технической естественности, связанную со стандартной моделью Хиггса (соблазнительно заменяя низкоэнергетическую суперсимметрию новой геометрической структурой ), и ее следует воспринимать всерьез, чтобы продвинуться в понимание физики за пределами СМ?

Спросить по-другому:

Напоминая о том, что Стандартная модель, такая как бозон Хиггса, является естественным следствием некоммутативной геометрической основы, может ли быть так, что дискретность пространства-времени, обычно ожидаемая на планковском масштабе от квантовой гравитации, уже проявляется на электрослабом масштабе через само существование уже открыли бозон Хиггса? (эта формулировка может потребовать нового, еще не определенного, эвристического значения термина: естественность ) .

И последнее, но не менее важное: стоит отметить, что для корректной массы бозона Хиггса, обнаруженного на LHC8, последняя версия спектральной модели опирается на слабую связь с другим скаляром, который проявляется «естественно» в спектральном действии точно так же, как Хиггс. Ожидается, что этот « старший брат » бозона Хиггса приобретет vev, генерирующий масштаб массы выше 10 11 г е В для правых майорановских нейтрино. Таким образом, он может быть ответственен за качающийся механизм типа I, объясняющий феноменологию нейтрино за пределами минимальной СМ.

Может быть, некоммутативная геометрия поможет сделать эффективные теории более живыми и действенными! Памяти Кена Уилсона

Чтобы отпраздновать 4 июля «День Независимого Хиггса», я поздравляю с днем ​​рождения самое легкое скалярное поле Стандартной модели и поздравляю экспериментаторов, которые упорно трудятся, чтобы доказать, что физика жива (а не упорядочена теориями ;-)!

РЕДАКТИРОВАТЬ: название вопроса было изменено в попытке улучшить ясность (после прочтения Хиггса: так просто, но так неестественно ); прежнее название было:

Удвоить количество элементарных частиц или «удвоить пространство-время», чтобы приспособиться к феноменологии бозона Хиггса при энергии 8 ТэВ?

Насколько мне известно, некоммутативная стандартная модель все еще имеет проблему иерархии; он не предсказывает электрослабый масштаб, он просто ограничивает возможные массы бозона Хиггса после того, как заданы многие другие параметры СМ.
-1: Это больше похоже на рекламу, чем на реальный вопрос.
На самом деле есть вопрос - это часть, выделенная жирным шрифтом.
Что касается проблемы иерархии, добавление дилатонного поля, спектральное действие якобы содержит «все существенные особенности построения масштабно-инвариантных взаимодействий стандартной модели для создания иерархии масс и предсказания массы бозона Хиггса…» ( arxiv.org/abs/hep -th/0512169 ) и, чтобы быть более конкретным в тонкой настройке, "проблема объяснения очень низкой шкалы масс фермионов сводится к объяснению происхождения дилатона vev порядка 10 ^ 2" ( arxiv.org/abs/ 1008.0985 ). Эти заявления были сделаны до последней версии спектральной модели.
Я понимаю, что вопрос выглядит как реклама, но это не так (мой профиль объясняет мою склонность к некоммутативной геометрии). Просто прочитав недавно « Эффективные теории поля и роль согласованности в выборе теории » ( arxiv.org/abs/1211.0634 ) Дж. Д. Уэллса, мне кажется, что эффективная теория, полученная из почти коммутативной спектральной модели, имеет довольно сильную математическую основу. непротиворечивость и имеет сходство с другими эффективными теориями , имеющими хорошую (r) наблюдательную непротиворечивость (чем теории, основанные на суперсимметрии, насколько мне известно).
Я просмотрел литературу по NCG-физике, старую и новую, и утверждается, что их дилатонное решение проблемы иерархии работает так же, как модель Рэндалла-Сандрума, где небольшое число (расстояние между двумя бранами в случай RS) служит показателем степени и приводит к большой разнице между слабым масштабом (шкала Ферми) и шкалой GUT/Планка. Говорят, что аналогия с RS довольно близка. Я пока не могу судить об этом по себе.
Ясности этого вопроса не способствует тот факт, что текст теперь содержит два вопроса, ни один из которых не указан в заголовке. первый вопрос в тексте о естественности, второй вопрос о дискретном пространстве-времени, заголовок о некоммутативной геометрии против суперсимметрии.
Уважаемый @MitchellPorter, Что касается аналогии с RS, я думаю, что она довольно формальная, например, в спектральной модели нет таких вещей, как моды Калуцы-Клейна или аналоги частиц... Самое прямое сравнение между некоммутативной геометрией и Рэндаллом-Сандрумом Модели (в контексте альтернатив компактификации) я знаю об этой статье: arxiv.org/abs/hep-th/0009180
Уважаемый @MitchellPorter, я надеюсь, что последнее редактирование немного улучшит ясность моего вопроса. В противном случае я обойду стороной цитату Нильса Бора, который однажды сказал: «... я не люблю говорить яснее, чем я думаю» (я бы смиренно сказал, что не могу писать яснее, чем понимаю). Цитата из книги сэра Фреда Хойла «Дом там, где дует ветер: главы из жизни космолога».
Кто близко голосует за этот вопрос высокого уровня, утверждая, что он скорее основан на мнении? Совершенно ясно, что ОП ищет ответы с точки зрения физики, что не то же самое, что неконструктивная дискуссия, основанная на мнениях. Оставить открытым

Ответы (3)

Документ, на который вы ссылаетесь, содержит модель, которая представляет собой просто Стандартную модель, связанную с синглетным скаляром. Ее проблема иерархии столь же серьезна, как и проблема Стандартной модели, и поэтому она является крайне неестественной теорией. (Для ясности: под «неестественным» здесь я подразумеваю то, что теория имеет квадратично расходящиеся поправки к массе Хиггса, и поэтому физика низких энергий очень чувствительна к неизвестным ультрафиолетовым параметрам. Насколько я могу определить Хамседдина /Конн ничего не делает для решения ультрафиолетовых проблем квантовой теории поля.)

Этот ответ полностью игнорирует вывод этой модели из некоммутативной геометрии, что делает эту модель более естественной, чем она была бы, если бы вы просто рассматривали обычную физику. (Если только вы не используете термин «естественный» в технической физике элементарных частиц.)
Да, конечно, я использую техническое значение слова «естественный», которое, как я предполагал, было значением, подразумеваемым вопросом. Если нет, то я не знаю, что означает вопрос. Я отредактирую.
ОП действительно говорит, что «придает естественности довольно нетехнический смысл ». Должен признаться, что я тоже не понимаю, что означает этот вопрос.
@PeterShor: Поскольку награда в настоящее время не позволяет нам закрыть этот вопрос как «в основном основанный на мнении», я думаю, что разумно предположить, что термин «проблема естественности», используемый OP, должен относиться к технической естественности.
Да ... если ОП говорит об английском определении слова «естественный», это явно вопрос, «основанный в первую очередь на мнении», поскольку он требует сравнения физики, основанной на суперсимметрии, с физикой, основанной на некоммутативной геометрии.
@Matt Reece: есть гораздо более старая статья Chamseddine и Connes arxiv.org/abs/hep-th/0512169 , в которой утверждается техническая естественность для этих некоммутативных моделей, если вы включите дилатон NC. Статус этой идеи является здесь реальным вопросом существа; Давно собирался изучить и прокомментировать, но пока не нашел времени.
@Mitchell Porter: это почти не начало. В нашей Вселенной нет светового дилатона, да и гравитация в любом случае далека от конформной. Я никогда не видел попытки связать естественность с масштабной инвариантностью, которая имела бы для меня хоть каплю смысла.
Я отредактировал вопрос, чтобы устранить неоднозначность проблемы естественности. В своем вопросе я ясно понимаю «естественность» в общей перспективе 'т Хофта: «наша цель — использовать естественность как новый ориентир для построения моделей элементарных частиц». Но вслед за Гринбаумом arxiv.org/abs/0903.4055 я задаюсь вопросом, не пришел ли этот вид эвристического аргумента, первоначально направленного на то, чтобы показать, «что это причина того, почему легкие, слабо взаимодействующие скалярные частицы не видны» (другая цитата из 'т Хофта). в тупик в рамках обычного (коммутативного?) квантового поля.
Интересно, не может ли некоммутативная структура быть ценным инструментом для преодоления этой технической проблемы естественности бозона Хиггса.
Я вовсе не эксперт, поэтому я не претендую на исправление какого-либо утверждения Мэтта Риса в его ответе. Тем не менее ограничивать упомянутую работу Шамседдина и Конна эффективной моделью и в то же время характеризовать ее как крайне неестественную теорию кажется мне чрезмерно упрощенным и несправедливым. Как бы то ни было, Мэтт Рис поднимает важный вопрос, который определенно недостаточно ясно решен в большинстве статей Чамседдина и Конна.
Чтобы продолжить последний вопрос, я думаю, что Уолтер Д. ван Суйлеком усердно работает над перенормируемостью асимптотически расширенного спектрального действия, рассматриваемого как калибровочные теории с более высокой производной, показывая, что оно содержит естественные УФ-регуляторы с более высокой производной ( arxiv.org/pdf/1112.4690 .pdf )...

Примечание: это еще один предварительный ответ (лучше, чем в моем предыдущем) для решения проблемы естественности, возникшей из-за нынешнего тупика для традиционных пертурбативно перенормируемых квантовых теорий поля Сузи-Янга-Милла-Хиггса в феноменологии БАК . Его можно кратко сформулировать как «обоснованное» предположение, смешивающее некоторую интуицию физики конденсированного состояния и некоммутативное видение:

Тонкая структура пространства-времени в электрослабом масштабе могла бы действовать как некоммутативный протекторат, обеспечивающий некоммутативный механизм безопасности, защищающий малую массу бозона Хиггса от расходящихся квантовых поправок вплоть до планковского масштаба , точно так же, как массы со спином 1/ 2 фермиона защищены «хиральностью», а бозоны со спином 1 защищены калибровочной инвариантностью.

Это могло бы объяснить, почему предсказания SUSY в концептуальной структуре пертурбативно перенормируемой квантовой теории поля для обычного четырехмерного коммутативного пространства-времени терпят неудачу, потому что исследование физики бозона Хиггса, чтобы выйти за пределы Стандартной модели, вероятно, требует не только перехода к гораздо более высоким энергиям, но и также работать с надлежащей структурой пространства-времени. Проведем грубое сравнение: анализ звуковых волн с помощью эффективной теории гидродинамики не может помочь физику раскрыть атомную структуру материи, но может помочь понимание, полученное химиком, который концептуально понял, как формировать материю...

Более того , прогресс в понимании того , как некоммутативность может изменить поток ренормализационной группы для хиггсовских связей , уже идет полным ходом .

Затем, возможно, как только правильное некоммутативное ограничение будет правильно реализовано при построении физических моделей, можно будет наблюдать новый рост « цены акций квантовой теории поля », как цитирует Вайнберга. В конце концов, Стандартная модель появилась в 70-х годах, всерьез рассматривая неабелевы калибровочные группы, представленные в 50-х годах, и благодаря концептуальному пониманию асимптотической свободы в хромодинамике я напоминаю, что эта последняя часть до сих пор остается предположительной! Тогда было бы вполне естественно выйти за пределы Стандартной модели в 2010-х благодаря некоторым новым некоммутативным геометрическим идеям, разработанным в 90-х, которые объясняют квантовое спонтанное нарушение электрослабой симметрии, воображаемое в 60-х!

Конечно, такого рода гипотетическая эвристика и эпистемологический ретроанализ определенно не является техническим ответом, и я мог понять, что такое предположение не подходит для Physics SE (я готов удалить его, если потребуется). Добавление тега «эпистемология» помогло бы, но их уже было 5.

Примечание: я нашел интересные и вдохновляющие идеи о перенормировке в некоммутативном контексте (но сильно отличающемся от Хиггса) в этой статье В. Ривассо.

На этот вопрос трудно ответить не из-за его разговорного характера, а потому, что он пытается установить сравнение между двумя предсказаниями в масштабе ТэВ, поддерживаемыми двумя очень разными теоретическими основами:

  • предсказание суперсимметричных частиц сделано в контексте квантовой перенормируемой теории с полями, взаимодействующими в четырехмерном пространстве-времени Минковского;
  • существование тонкой структуры (два листа) пространства-времени связано со спектральным принципом действия в почти коммутативной геометрической среде.

Несмотря на это фундаментальное различие, я думаю, что должно быть возможно и интересно сравнить их, обсудить их математическую и наблюдательную согласованность как двух эффективных теорий в масштабе ТэВ . Я понимаю эффективные теории с современной точки зрения, очень педагогически объясненные Мэтью Шварцем в этой лекции .

Я думаю, стоит подчеркнуть, что проблема технической естественности бозона Хиггса Стандартной модели существует только в том случае, если предположить, что он встроен в более крупную перенормируемую теорию , которая идет по пути обычной КТП в четырехмерном пространстве-времени Минковского ( я был бы признателен, если бы поправьте, если я ошибаюсь в этом утверждении ).

В той мере, в какой принцип спектрального действия, примененный к грубой почти коммутативной геометрии и с обрезанием планковской шкалы, уже доказал свою способность выводить условия Эйнштейна-Гильберта и Стандартной модели Янга-Милла-Хиггса, он не неразумно ожидать , что некоммутативная геометрия предлагает еще одно вложение Стандартной модели в какое-то УФ-пополнение со степенями свободы, отличными от обычной КТП в четырехмерном пространстве-времени Минковского . Эта недавняя статья (2013 г.), например, идет в том же направлении, предлагая другую некоммутативную структуру, которая очень специфическим образом смешивает спиновые и калибровочные степени свободы .

Тем не менее, если кто-то хочет остановиться на проблеме естественности электрослабой шкалы, было бы интересно переоценить в свете недавних разработок прежний предварительный взгляд на некоммутативную геометрию как на другую альтернативу компактификации (1999). Действительно, было доказано, что почти коммутативная игрушечная модель двулистного пространства-времени с гравитационным и калибровочным полями U(1) дает потенциал Рэндалла-Сандрума для поля Хиггса с правильным экспоненциальным членом для уменьшения естественного масштаба электрослабой симметрии. переход от шкалы Планка к шкале ТэВ без тонкой настройки. Я цитирую :

Заметим, что недиагональные элементы матричной алгебры и оператора Дирака имеют двойную интерпретацию. С одной стороны, это поле Хиггса в калибровочной постановке, естественной шкалой которого является электрослабая шкала. С другой стороны, они предстают как дискретная составляющая связи Леви-Чивиты с естественным гравитационным (Планковским) масштабом. Именно эта двойная роль решает проблему иерархии в данной ситуации.

Было бы интересно выяснить, имеет ли экспоненциальный член, появившийся в статье 1999 г., какую-то связь с новым синглетным скалярным полем, предложенным Чамседдинсом и Конном в 2012 г., чтобы постдиктовать правильную массу физического бозона Хиггса, наблюдаемого на LHC8 ... (за пределами простое совпадение обозначения сигма для новой степени свободы в обеих статьях, просто удобное обозначение для общего синглетного скалярного поля, я думаю)!

Комментарий о вознаграждении: период вознаграждения закончился, я благодарю Мэтта Риса за предложение ответа, но я не могу принять его по той самой причине, которую указал Питер Шор в своем комментарии. Я также благодарю Митчелла Портера за конструктивные замечания. Теперь я могу предложить свой собственный ответ.

Какую наиболее естественную новую физику можно ожидать в масштабе ТэВ: новые (суперсимметричные) частицы или какую-то новую (некоммутативную) структуру пространства-времени?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v