La théorie des cordes et le problème de hiérarchie dans la physique

Beaucoup de physiciens pensent que la théorie des cordes sera finalement réussi à résoudre le problème de la hiérarchie du modèle standard de la physique des particules. Bien qu'il soit un succès incroyable, le modèle standard n'a pas répondu à toutes les questions que les mains de physique à elle. Une des grandes questions qui reste est la problème de la hiérarchie, qui cherche une explication pour les diverses valeurs que le modèle standard permet de physiciens travaillent avec.

Par exemple, si vous comptez le boson de Higgs théorique (et les deux types de bosons W), le modèle standard de la physique des particules a 18 particules élémentaires. Les masses de ces particules ne sont pas prévues par le modèle standard. Les physiciens ont dû trouver elles par l'expérience et les brancher dans les équations pour obtenir tout de travailler sur la droite.

Vous remarquerez trois familles de particules parmi les fermions, qui semble comme beaucoup de doubles emplois inutiles. Si nous avons déjà un électron, pourquoi ne la nature ont besoin d'avoir un muon qui est 200 fois plus lourd? Pourquoi avons-nous tant de types de quarks?

Au-delà de ce que, quand vous regardez les échelles d'énergie associées aux théories quantiques du Modèle Standard sur le terrain, comme le montre cette figure, encore plus de questions peuvent se présenter à vous. Pourquoi est-il un écart de 16 ordres de grandeur (16 zéros!) Entre l'intensité de l'énergie de Planck et l'échelle de l'échelle faible?

La théorie des cordes et le problème de hiérarchie dans la physique

Au bas de cette échelle est la l'énergie du vide, qui est l'énergie générée par tous les comportements quantique étrange dans l'espace vide - particules virtuelles qui explosent à l'existence et la fluctuation des champs quantiques sauvagement en raison du principe d'incertitude.

Le problème se produit parce que la hiérarchie des paramètres fondamentaux du modèle standard ne révèlent rien au sujet de ces échelles d'énergie. Tout comme les physiciens ont à mettre les particules et leurs masses dans la théorie à la main, donc trop ont-ils eu à construire les échelles d'énergie à la main. Les principes fondamentaux de la physique ne disent pas comment les scientifiques de faire la transition en douceur de parler de l'échelle faible pour parler de l'échelle de Planck.

Essayer de comprendre la “ écart ” entre l'échelle faible et l'échelle de Planck est l'un des principaux facteurs qui ont motivé à tenter de rechercher une théorie quantique de la gravité, en général, et de la théorie des cordes en particulier.

Beaucoup de physiciens aimeraient une théorie unique qui pourrait être appliquée à toutes les échelles, sans la nécessité de renormalisation (le processus mathématique de retirer infinis), ou tout au moins de comprendre quelles sont les propriétés de la nature déterminent les règles qui travaillent pour différentes échelles. D'autres sont parfaitement heureux avec renormalisation, qui a été un outil majeur de la physique depuis près de 40 ans et travaille dans pratiquement tous les problèmes que les physiciens se heurtent.


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