La teoría de cuerdas y el problema de la jerarquía en la física

Muchos físicos creen que la teoría de cuerdas en última instancia tener éxito en resolver el problema de la jerarquía del modelo estándar de la física de partículas. Aunque es un asombroso éxito, el Modelo Estándar no ha respondido a todas las preguntas que las manos de la física a la misma. Una de las principales preguntas que queda es el problema de la jerarquía, que busca una explicación de los diversos valores que el modelo estándar le permite trabajar con los físicos.

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Por ejemplo, si se cuenta el bosón de Higgs teórico (y ambos tipos de bosones W), el modelo estándar de la física de partículas tiene 18 partículas elementales. Las masas de estas partículas no son predichas por el modelo estándar. Los físicos tuvieron que encontrar estos por medio de experimentos y conectarlos a las ecuaciones para conseguir que todo salga bien.

Se nota tres familias de partículas entre los fermiones, lo que parece como un montón de duplicación innecesaria. Si ya tenemos un electrón, ¿por qué la naturaleza necesita tener un muón que es 200 veces más pesado? ¿Por qué tenemos tantos tipos de quarks?

Más allá de eso, cuando nos fijamos en las escalas de energía asociados con las teorías cuánticas de campos del modelo estándar, como se muestra en esta figura, aún más preguntas pueden ocurrir a usted. ¿Por qué existe una brecha de 16 órdenes de magnitud (16 ceros!) Entre la intensidad de la energía escala de Planck y la escala débil?

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En la parte inferior de esta escala es la energía del vacío, que es la energía generada por todo el comportamiento cuántico extraño en el espacio vacío - partículas virtuales que estallan a la existencia y campos cuánticos que fluctúan enormemente debido al principio de incertidumbre.

El problema de la jerarquía se debe a que los parámetros fundamentales del modelo estándar no revelan nada acerca de estas escalas de energía. Del mismo modo que los físicos tienen que poner las partículas y sus masas en la teoría con la mano, también lo han tenido que construir las escalas de energía con la mano. principios fundamentales de la física no indican a los científicos cómo hacer la transición sin problemas de hablar de la escala débil para hablar de la escala de Planck.

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Tratar de entender la “brecha” entre la escala débil y la escala de Planck es uno de los principales factores motivadores detrás tratando de buscar una teoría cuántica de la gravedad, en general, y de la teoría de cuerdas en particular.

Muchos físicos les gustaría una sola teoría que podría ser aplicado en todas las escalas, sin necesidad de nueva normalización (el proceso matemático de la eliminación de los infinitos), o al menos entender qué propiedades de la naturaleza determinan las reglas que funcionan para diferentes escalas. Otros son perfectamente feliz con la renormalización, que ha sido una herramienta importante de la física durante casi 40 años y trabaja en prácticamente todos los problemas físicos que topan.