Was ist die natürlichste neue Physik, die man auf der TeV-Skala erwarten kann: neue (supersymmetrische) Teilchen oder eine neue (nicht kommutative) Raumzeitstruktur?

Bisher wurde am LHC nichts anderes als eine Higgs-Boson-ähnliche Resonanz des Standardmodells (SM) gefunden, während viele Vorhersagen, die auf effektiven Theorien mit Supersymmetrie basieren, mehrere Higgs-Skalare und eine Entourage von Teilchen mit ähnlicher Masse erfordern, um ihr Quant zu zähmen Instabilitäten (ich entlehne mehr oder weniger James D. Wells ).

Andererseits erwartet die spektrale und nahezu kommutative Erweiterung des SM von Chamseddine und Connes nur ein Higgs-Boson ohne andere Teilchen im TeV-Bereich. In diesem nichtkommutativen Ansatz erscheint die Raumzeit als Produkt (im Sinne von Faserbündeln) einer kontinuierlichen Mannigfaltigkeit durch einen diskreten Raum, und es wurde von Martinetti und Wulkenhaar bewiesen , dass sich unter genauen Bedingungen der metrische Aspekt von „Kontinuum × diskreten“ Räumen reduziert zu dem einfachen Bild von zwei Kopien der Mannigfaltigkeit.

Könnte es sein, dass dieses Bild einer zweischichtigen Raumzeit dabei hilft, das Problem der technischen Natürlichkeit im Zusammenhang mit dem Standardmodell Higgs zu überwinden ( versuchsweise eine Niederenergie-Supersymmetrie durch ein neues geometrisches Rahmenwerk zu ersetzen ) und ernst genommen werden muss, um Fortschritte zu erzielen? Physikverständnis jenseits des SM?

Um es anders zu fragen:

Um daran zu erinnern, dass das Standardmodell wie das Higgs-Boson eine natürliche Folge des nichtkommutativen geometrischen Rahmens ist, könnte es sein, dass die Diskretion der Raumzeit, die normalerweise auf der Planck-Skala von der Quantengravitation erwartet wird, sich bereits auf der elektroschwachen Skala durch die bloße Existenz von zeigt bereits Higgs-Boson entdeckt? (diese Formulierung könnte eine neue, noch zu definierende, heuristische Bedeutung für den Begriff: Natürlichkeit erfordern )

Last but not least ist anzumerken, dass die letzte Version des Spektralmodells zur Vorhersage der korrekten Masse des am LHC8 nachgewiesenen Higgs-Bosons auf einer schwachen Kopplung mit einem anderen Skalar beruht, der sich "natürlich" in der Spektralwirkung zeigt die Higgs. Dieser „ große Bruder “ des Higgs-Bosons soll eine vev-generierende Massenskala oben erwerben 10 11 G e v für rechtshändige Majorana-Neutrinos. Es könnte daher für einen Wippenmechanismus vom Typ I verantwortlich sein, der die Neutrino-Phänomenologie jenseits des minimalen SM erklärt.

Vielleicht kann nichtkommutative Geometrie dazu beitragen, effektive Theorien lebendiger und schlagkräftiger zu machen! In Erinnerung an Ken Wilson

Um den "IndependentHiggsday" am 4. Juli zu feiern, wünsche ich dem leichtesten Skalarfeld des Standardmodells alles Gute zum Geburtstag und ich gratuliere den Experimentatoren, die hart daran arbeiten, zu beweisen, dass die Physik lebt (und nicht durch Theorien geordnet ;-)!

BEARBEITEN: Der Titel der Frage wurde geändert, um die Klarheit zu verbessern (nach dem Lesen von The Higgs: so einfach und doch so unnatürlich ); der frühere Titel lautete:

Verdoppelung der Anzahl der Elementarteilchen oder "Verdopplung der Raumzeit", um die Phänomenologie der Higgs-Bosonen bei 8 TeV zu berücksichtigen?

Das nichtkommutative Standardmodell hat meines Wissens noch ein Hierarchieproblem; Es sagt die elektroschwache Skala nicht voraus, sondern beschränkt nur die möglichen Massen des Higgs, nachdem viele andere SM-Parameter angegeben wurden.
-1: Das sieht für mich eher nach Werbung als nach einer echten Frage aus
Es gibt tatsächlich eine Frage - es ist der fettgedruckte Teil.
In Bezug auf das Hierarchieproblem, das Hinzufügen eines Dilatonenfelds, enthält die Spektralwirkung angeblich „alle wesentlichen Merkmale zum Aufbau eines skaleninvarianten Standardmodells, um eine Massenhierarchie zu erzeugen und die Higgs-Masse vorherzusagen …“ ( arxiv.org/abs/hep -th/0512169 ) und um genauer über die Feinabstimmung zu sprechen: "Das Problem der Erklärung der sehr niedrigen Massenskala von Fermionmassen reduziert sich darauf, den Ursprung eines Dilatons vev in der Größenordnung von 10 ^ 2 zu erklären" ( arxiv.org/abs/ 1008.0985 ). Diese Behauptungen wurden vor der letzten Version des Spektralmodells aufgestellt.
Ich kann verstehen, dass die Frage wie eine Werbung aussieht, ist es aber nicht (mein Profil erklärt meine Vorliebe für nichtkommutative Geometrie). Es ist nur so, als ich kürzlich „ Effective Field Theories and the Role of Consistency in Theory Choice “ ( arxiv.org/abs/1211.0634 ) von JD Wells gelesen habe, scheint es mir, dass die effektive Theorie, die aus dem fast kommutativen Spektralmodell abgeleitet wird, ziemlich stark mathematisch ist Konsistenz und hat zufällig Ähnlichkeiten mit anderen effektiven Theorien , die eine schöne (r) Beobachtungskonsistenz haben (als solche, die auf Supersymmetrie basieren, soweit ich weiß).
Ich habe die NCG-Physik-Literatur durchgesehen, alte und neue, und es wird behauptet, dass ihre Dilaton-Lösung für das Hierarchieproblem genauso funktioniert wie das Randall-Sundrum-Modell, bei dem eine kleine Zahl (Abstand zwischen den beiden Branen, in der Fall RS) dient als Exponent und erzeugt den großen Unterschied zwischen schwacher Skala (Fermi-Skala) und GUT/Planck-Skala. Die Analogie zu RS soll recht nahe liegen. Ich kann es selbst noch nicht beurteilen.
Zur Klarheit dieser Frage trägt nicht bei, dass der Text nun zwei Fragen enthält, von denen keine im Titel steht. Die erste Frage im Text bezieht sich auf Natürlichkeit, die zweite Frage auf diskrete Raumzeit, der Titel auf nichtkommutative Geometrie versus Supersymmetrie.
Sehr geehrter @MitchellPorter, Was die Analogie mit RS betrifft, denke ich, dass sie ziemlich formal ist, es gibt zum Beispiel keine Kaluza-Klein-Modi oder Teilchenanaloga im Spektralmodell ... Der direkteste Vergleich zwischen nichtkommutativer Geometrie und Randall-Sundrum Modelle (im Zusammenhang mit Alternativen zur Kompaktifizierung), die ich kenne, sind dieser Artikel: arxiv.org/abs/hep-th/0009180
Lieber @MitchellPorter, ich hoffe, die letzte Bearbeitung verbessert die Klarheit meiner Frage ein wenig. Andernfalls werde ich Niels Bohr zitieren, der einmal gesagt hat: "... Ich mag es nicht, klarer zu sprechen, als ich denke" (ich möchte ganz bescheiden sein, ich kann nicht klarer schreiben, als ich verstehe). Zitat aus dem Buch "Home Is Where the Wind Blows: Chapters from a Cosmologist's Life" von Sir Fred Hoyle
Wer stimmt dieser hochrangigen Frage nahe und behauptet, dass sie eher meinungsbasiert ist? Es ist glasklar, dass das OP aus physikalischer Sicht nach Antworten sucht, was nicht dasselbe ist wie eine auf Meinungen basierende, nicht konstruktive Diskussion. Offen lassen

Antworten (3)

Das Papier, auf das Sie verlinken, enthält ein Modell, das einfach das Standardmodell ist, das mit einem Singulett-Skalar gekoppelt ist. Sein Hierarchieproblem ist genauso schwerwiegend wie das des Standardmodells, und als solches ist es eine höchst unnatürliche Theorie. (Um es klar zu sagen: Was ich hier mit "unnatürlich" meine, ist, dass die Theorie quadratisch divergierende Korrekturen der Higgs-Masse aufweist und die Niedrigenergiephysik als solche sehr empfindlich gegenüber unbekannten ultravioletten Parametern ist. Soweit ich das bestimmen kann Chamseddine /Connes-Szenario trägt nicht dazu bei, die Ultraviolett-Probleme der Quantenfeldtheorie zu zähmen.)

Diese Antwort ignoriert vollständig die nicht kommutative Geometrieableitung dieses Modells, wodurch dieses Modell natürlicher wird, als wenn Sie nur die konventionelle Physik betrachten würden. (Es sei denn, Sie verwenden die technische Bedeutung von "natürlich" in der Teilchenphysik.)
Ja, natürlich verwende ich die technische Bedeutung von "natürlich", von der ich annahm, dass sie die mit der Frage beabsichtigte Bedeutung war. Wenn nicht, weiß ich nicht, was die Frage bedeutet. Ich werde bearbeiten.
Das OP sagt, "der Natürlichkeit dann eine eher nichttechnische Bedeutung zu geben ". Ich muss zugeben, dass ich auch nicht verstehe, was die Frage bedeutet.
@PeterShor: Da uns das Kopfgeld derzeit daran hindert, diese Frage als „hauptsächlich meinungsbasiert“ zu schließen, ist es meiner Meinung nach nur vernünftig anzunehmen, dass sich der von OP verwendete Begriff „Natürlichkeitsproblem“ auf die technische Natürlichkeit beziehen muss.
Ja ... wenn das OP über die englische Definition von "natürlich" spricht, ist dies eindeutig eine "primär auf Meinungen basierende" Frage, da sie einen Vergleich der auf Supersymmetrie basierenden Physik mit der auf nicht kommutativer Geometrie basierenden Physik erfordert.
@Matt Reece: Es gibt ein viel älteres Papier von Chamseddine und Connes arxiv.org/abs/hep-th/0512169 , das technische Natürlichkeit für diese nichtkommutativen Modelle beansprucht, sobald Sie das NC-Dilaton einbeziehen. Der Status dieser Idee ist hier die eigentliche Frage der Substanz; Ich wollte es studieren und kommentieren, habe aber noch keine Zeit gefunden.
@Mitchell Porter: Das ist so ziemlich ein Nichtstarter. In unserem Universum gibt es keine Lichtdehnung, und die Schwerkraft ist ohnehin alles andere als winkeltreu. Ich habe noch nie einen Versuch gesehen, Natürlichkeit mit Skaleninvarianz in Beziehung zu setzen, der für mich auch nur einen Sinn ergeben hat.
Ich habe die Frage bearbeitet, um das Problem der Natürlichkeit zu klären. In meiner Frage verstehe ich "Natürlichkeit" eindeutig in der allgemeinen Perspektive von 't Hooft: "Es ist unser Ziel, Natürlichkeit als neue Richtlinie zu verwenden, um Modelle von Elementarteilchen zu konstruieren". Aber nach Grinbaum arxiv.org/abs/0903.4055 frage ich mich, ob diese Art von heuristischem Argument, das zunächst darauf abzielte zu zeigen, "dass dies der Grund ist, warum leichte, schwach wechselwirkende Skalarteilchen nicht gesehen werden" (anderes Zitat von 't Hooft) nicht gekommen ist zu einer Sackgasse im üblichen (kommutativen?) Quantenfeld-Rahmen.
Ich frage mich, ob das nichtkommutative Framework nicht ein wertvolles Werkzeug sein könnte, um dieses technische Problem der Natürlichkeit des Higgs-Bosons zu überwinden.
Ich bin überhaupt kein Experte, daher gebe ich nicht vor, eine Aussage von Matt Reece in seiner Antwort zu korrigieren. Dennoch scheint es mir zu einfach und unfair , die oben erwähnte Arbeit von Chamseddine und Connes als wirksames Modell einzuschränken und sie gleichzeitig als eine höchst unnatürliche Theorie zu charakterisieren. Jedenfalls spricht Matt Reece ein wichtiges Thema an, das in den meisten Artikeln von Chamseddine und Connes definitiv nicht klar genug geregelt ist.
Um die letzte Ausgabe fortzusetzen, denke ich, dass Walter D. van Suijlekom hart an der Renormierbarkeit der asymptotisch erweiterten Spektralwirkung arbeitet, die als Eichtheorien mit höherer Ableitung betrachtet wird, und zeigt, dass sie natürliche UV-Regulatoren mit höherer Ableitung enthält ( arxiv.org/pdf/1112.4690 .pdf )...

Hinweis: Dies ist eine weitere vorläufige Antwort, um (besser als in meiner vorherigen) das Natürlichkeitsproblem anzugehen, das durch die gegenwärtige Pattsituation für traditionelle perturbativ renormierbare Susy-Yang-Mill-Higgs-Quantenfeldtheorien in der LHC-Phänomenologie aufgeworfen wird . Es kann kurz als "gebildete" Vermutung formuliert werden, die eine gewisse Intuition der Physik der kondensierten Materie und eine nicht kommutative Vision verbindet:

Die Feinstruktur der Raumzeit auf der elektroschwachen Skala könnte als nicht kommutatives Protektorat wirken und einen nicht kommutativen Sicherheitsmechanismus gewährleisten, der die geringe Masse des Higgs vor divergierenden Quantenkorrekturen bis zur Planck-Skala schützt , genau wie Massen von Spin 1/ 2 Fermionen sind durch "Chiralität" geschützt und Spin 1 Bosonen sind durch Eichinvarianz geschützt.

Das würde erklären, warum SUSY-Vorhersagen im konzeptionellen Rahmen der perturbativ renormierbaren Quantenfeldtheorie auf der üblichen vierdimensionalen kommutativen Raumzeit scheitern, weil die Untersuchung der Physik des Higgs, um über das Standardmodell hinauszugehen, wahrscheinlich nicht nur viel höhere Energien erfordert, sondern auch auch mit dem richtigen Raum-Zeit-Rahmen zu arbeiten. Um einen groben Vergleich anzustellen: Die Analyse von Schallwellen mit der effektiven Theorie der Hydrodynamik kann dem Physiker nicht helfen, die atomare Struktur der Materie aufzudecken, aber das Hören auf die Erkenntnisse des Chemikers, der begrifflich verstand, wie man Materie formt, kann helfen ...

Darüber hinaus sind bereits Fortschritte beim Verständnis, wie Nichtkommutativität den Renormierungsgruppenfluss für die Higgs-Kopplungen modifizieren könnte, im Gange .

Dann wird man vielleicht, sobald die richtige nicht-kommutative Nebenbedingung in der physikalischen Modellbildung korrekt implementiert ist, einen neuen Anstieg des „ Aktienkurses in der Quantenfeldtheorie “ erleben, um Weinberg zu zitieren. Schließlich entstand das Standardmodell in den 70er Jahren, indem es nicht-Abelsche Eichgruppen ernst nahm, die in den 50er Jahren ins Auge gefasst wurden, und dank des konzeptionellen Verständnisses der asymptotischen Freiheit in der Chromodynamik erinnere ich daran, dass dieser letzte Teil auch heute noch mutmaßlich ist! Dann wäre es ganz natürlich, in den 2010er Jahren dank einiger neuer nichtkommutativer geometrischer Ideen, die in den 90er Jahren entwickelt wurden und die spontane Quantenbrechung der elektroschwachen Symmetrie erklären, die in den 60er Jahren vorgestellt wurde, über das Standardmodell hinauszugehen!

Natürlich ist diese Art von hypothetischer Heuristik und erkenntnistheoretischer Retroanalyse definitiv keine technische Antwort, und ich könnte verstehen, dass eine solche Spekulation nicht für Physik SE geeignet ist (ich bin bereit, sie bei Bedarf zu entfernen). Das Hinzufügen eines Tags "Erkenntnistheorie" hätte geholfen, aber es gab bereits 5 davon.

Bemerkung: Ich habe in diesem Artikel von V. Rivasseau interessante und inspirierende Ideen zur Renormierung im nicht-kommutativen Kontext (aber sehr verschieden von Higgs) gefunden .

Die Frage ist schwer zu beantworten, nicht wegen ihres umgangssprachlichen Charakters, sondern weil sie versucht, einen Vergleich zwischen zwei Vorhersagen auf der TeV-Skala herzustellen, die von zwei sehr unterschiedlichen theoretischen Rahmen gestützt werden:

  • die Vorhersage supersymmetrischer Teilchen erfolgt im Zusammenhang mit der renormierbaren Quantentheorie mit Feldern, die in einer Minkowski-4D-Raumzeit interagieren;
  • Die Existenz einer feinen Struktur (zwei Blätter) der Raumzeit geht mit einem spektralen Wirkungsprinzip auf einer nahezu kommutativen geometrischen Umgebung einher.

Trotz dieses grundlegenden Unterschieds denke ich, dass es möglich und interessant sein sollte, sie zu vergleichen und über ihre mathematische und beobachtende Übereinstimmung als zwei effektive Theorien auf der TeV-Skala zu diskutieren . Ich verstehe effektive Theorien in der modernen Sicht sehr pädagogisch erklärt von Matthew Schwartz in diesem Vorlesungsskript .

Ich denke, es lohnt sich zu betonen, dass das Problem der technischen Natürlichkeit des Higgs-Bosons des Standardmodells nur besteht, wenn man davon ausgeht, dass es in eine größere renormierbare Theorie eingebettet ist , die in die Richtung der konventionellen QFT in der Minkowski-4D-Raumzeit geht ( ich würde es begrüßen ). korrigiert, wenn ich mit dieser Aussage falsch liege ).

Soweit das spektrale Aktionsprinzip, angewendet auf eine grobe, fast kommutative Geometrie und mit einem Planck-Skalen-Cutoff, sich bereits als in der Lage erweist, die Einstein-Hilbert- und die Standardmodell-Yang-Mill-Higgs-Terme zu liefern, ist es das nicht Es ist unvernünftig zu erwarten , dass die nichtkommutative Geometrie eine weitere Einbettung des Standardmodells in eine Art UV-Vervollständigung mit Freiheitsgraden bietet, die sich von der üblichen QFT in der 4D-Minkowski-Raumzeit unterscheiden würden . Dieser kürzlich erschienene Artikel (2013) geht zum Beispiel in diese Richtung und schlägt eine andere nichtkommutative Struktur vor, die Spin- und Eichfreiheitsgrade auf sehr spezifische Weise mischt.

Wenn man jedoch beim Natürlichkeitsproblem der elektroschwachen Skala bleiben will, könnte es interessant sein, den früheren Versuch, die nichtkommutative Geometrie als eine weitere Alternative zur Kompaktifizierung (1999) zu betrachten, im Lichte neuerer Entwicklungen neu zu bewerten. Tatsächlich wurde nachgewiesen, dass ein nahezu kommutatives Spielzeugmodell auf einer zweischichtigen Raumzeit mit Gravitations- und U(1)-Eichfeldern ein Randall-Sundrum-Potential für das Higgs-Feld mit dem korrekten Exponentialterm liefert, um die natürliche Skala der elektroschwachen Symmetrie zu reduzieren Übergang von der Planck-Skala zur TeV -Skala ohne Feinabstimmung. Ich zitiere :

Wir stellen fest, dass die nichtdiagonalen Elemente der Matrixalgebra und des Dirac-Operators eine zweifache Interpretation haben. Auf der einen Seite sind sie das Higgs-Feld in der Eicheinstellung, dessen natürliche Skala die elektroschwache Skala ist. Auf der anderen Seite erscheinen sie als diskrete Komponente der Levi-Civita-Verbindung mit einer natürlichen Gravitationsskala (Planck). Es ist diese Doppelrolle, die das Hierarchieproblem in diesem Setting löst

Es wäre interessant zu untersuchen, ob der in dem Artikel von 1999 erscheinende Exponentialterm in irgendeiner Verbindung mit dem neuen Singulett-Skalarfeld steht, das 2012 von Chamseddines und Connes vorgeschlagen wurde, um die korrekte Masse des physikalischen Higgs-Bosons, das bei LHC8 beobachtet wurde, vorauszusagen ... (jenseits der reiner Zufall der Sigma -Bezeichnung für den neuen Freiheitsgrad in beiden Artikeln, nur eine bequeme Notation für ein generisches Singulett-Skalarfeld, denke ich)!

Kommentar zum Kopfgeld: Die Zeit des Kopfgeldes ist vorbei, ich danke Matt Reece dafür, dass er eine Antwort vorgeschlagen hat, aber ich kann sie aus genau dem Grund, den Peter Shor in seinem Kommentar angegeben hat, nicht akzeptieren. Ich danke auch Mitchell Porter für konstruktive Bemerkungen. Ich fühle mich jetzt frei, meine eigene Antwort vorzuschlagen.

Was ist die natürlichste neue Physik, die man auf der TeV-Skala erwarten kann: neue (supersymmetrische) Teilchen oder eine neue (nicht kommutative) Raumzeitstruktur?
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