Des physiciens des États-Unis et de Corée du Sud ont décrit un scénario possible pour l'évolution de l'Univers après le Big Bang, qui diffère de celui généralement accepté par la science. Selon ce scénario, il ne sera plus possible de détecter de nouvelles particules élémentaires au Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. En outre, un scénario alternatif vous permet de résoudre le problème de la hiérarchie des masses. Recherche publiée sur arXiv.org
La théorie est appelée Nnaturalness. Il est déterminé à l'échelle des énergies de l'ordre de l'interaction électrofaible, après séparation des interactions électromagnétique et faible. C'était environ dix à moins trente-deux - dix à moins douze secondes après le Big Bang. Puis, selon les auteurs du nouveau concept, une hypothétique particule élémentaire existait dans l'Univers - la rechiton (ou reheaton, du reheaton anglais), dont la désintégration a conduit à la formation de la physique observée aujourd'hui.
Alors que l'Univers devenait plus froid (la température de la matière et du rayonnement diminuait) et plat (la géométrie de l'espace s'approchait d'Euclidien), le Rechiton se désintégra en de nombreuses autres particules. Ils ont formé des groupes de particules qui n'interagissent presque pas les unes avec les autres, presque identiques dans l'ensemble d'espèces, mais différant par la masse du boson de Higgs, et donc par leurs propres masses.
Le nombre de ces groupes de particules, qui, selon les scientifiques, existent dans l'univers moderne, atteint plusieurs milliers de milliards. La physique décrite par le modèle standard (SM) et les particules et interactions observées dans les expériences au LHC appartiennent à l'une de ces familles. La nouvelle théorie permet d'abandonner la supersymétrie, qui tente toujours de trouver sans succès, et résout le problème de la hiérarchie des particules.
En particulier, si la masse du boson de Higgs formé à la suite de la désintégration de rechiton est petite, alors la masse des particules restantes sera grande, et vice versa. C'est ce qui résout le problème de la hiérarchie électrofaible associée au grand écart entre les masses de particules élémentaires observées expérimentalement et les échelles d'énergie de l'Univers primitif. Par exemple, la question de savoir pourquoi un électron d'une masse de 0,5 mégaélectronvolt est presque 200 fois plus léger qu'un muon avec les mêmes nombres quantiques disparaît de lui-même - dans l'Univers, il y a exactement les mêmes ensembles de particules où cette différence n'est pas si forte.
Selon la nouvelle théorie, le boson de Higgs observé lors d'expériences au LHC est la particule la plus légère de ce type, formée à la suite de la désintégration d'un rechiton. Les bosons plus lourds sont associés à d'autres groupes de particules non encore découvertes - analogues des leptons découverts et bien étudiés aujourd'hui (ne participant pas à l'interaction forte) et des hadrons (participant à l'interaction forte).
Nima Arkani-Hamed
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Photo: Département du PE / CERN
La nouvelle théorie n'annule pas, mais rend moins nécessaire l'introduction de la supersymétrie, ce qui implique de doubler (au moins) le nombre de particules élémentaires connues en raison de la présence de super partenaires. Par exemple, pour un photon - un photino, un quark - un squark, un Higgs - un Higgsino, et ainsi de suite. Le spin des superpartenaires doit différer d'un demi-entier du spin de la particule d'origine.
Mathématiquement, une particule et une superparticule sont combinées en un seul système (supermultiplet); tous les paramètres quantiques et les masses de particules et leurs partenaires coïncident en supersymétrie exacte. On pense que la supersymétrie est de nature brisée et que, par conséquent, la masse des superpartenaires est bien supérieure à la masse de leurs particules. Pour détecter les particules supersymétriques, de puissants accélérateurs comme le LHC étaient nécessaires.
Si la supersymétrie ou de nouvelles particules ou interactions existent, alors, selon les auteurs de la nouvelle étude, elles peuvent être découvertes à une échelle de dix téraélectronvolts. C'est presque à la limite des capacités du LHC, et si la théorie proposée est correcte, la découverte de nouvelles particules y est extrêmement improbable.
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Image: arXiv.org
Un signal proche de 750 gigaélectronvolts, ce qui pourrait indiquer la désintégration d'une particule lourde en deux photons gamma, comme l'ont rapporté des scientifiques des collaborations CMS (Compact Muon Solenoid) et ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) travaillant au LHC en décembre 2015 et mars 2016, reconnu comme bruit statistique. Après 2012, quand on a appris la découverte du boson de Higgs au CERN, aucune nouvelle particule fondamentale prédite par les extensions SM n'a été révélée.
Par conséquent, l'émergence de théories dans lesquelles le besoin de supersymétrie disparaît est attendue. "De nombreux théoriciens, dont moi-même, pensent que le moment est tout à fait unique où nous résolvons des problèmes importants et systémiques, et ne concernent pas les détails d'une particule élémentaire suivante", a déclaré l'auteur principal de la nouvelle étude, la physicienne Nima Arkani-Hamed. de l'Université de Princeton (États-Unis).
Son optimisme n'est pas partagé par tout le monde. Par exemple, le physicien Matt Strassler de l'Université Harvard croit que la justification mathématique de la nouvelle théorie est inventée. Pendant ce temps, Paddy Fox du laboratoire national des accélérateurs Enrico Fermi à Batavia (USA) estime que la nouvelle théorie peut être testée dans les dix prochaines années. À son avis, les particules formées dans un groupe avec n'importe quel boson de Higgs lourd devraient laisser leurs traces sur le rayonnement relique - l'ancien rayonnement micro-ondes prédit par la théorie du Big Bang.
Andrey Borisov
