Para algunos el descubrimiento del bosón de Higgs ha sido un jarro de agua fría, para otros una diversión sin límite. Como es una partícula escalar (de espín cero) y se han propuesto campos escalares como solución a muchos de los problemas actuales (energía oscura, materia oscura, etc.), extender la física del campo de Higgs para que se comporte en cierto régimen como uno de esos campos es fácil y además se publica fácil en muchas revistas. Por ello, muchos medios publican noticias que afirman que el bosón de Higgs puede explicar la energía oscura, la materia oscura, la inflación cósmica, etc. Hay que tener cuidado con estas noticias. El bosón de Higgs está hasta en la sopa, pero se trata de ideas especulativas que extienden la física del campo de Higgs más allá de lo que está demostrado y los autores de estos trabajos no estudian todas las consecuencias de sus teorías, por lo que en muchos casos contradicen la física conocida (al centrarse en explicar cierto fenómeno, olvidan que su idea tiene consecuencias en otros fenómenos en apariencia alejados). Permíteme poner unos ejemplos de actualidad.
La explicación más sencilla a la inflación cósmica es la existencia de un campo escalar llamado inflatón. Como el Higgs es un campo escalar, se puede acoplar a la gravedad usando un acoplo «no mínimo» (es decir, añadiendo al lagrangiano un término 
El bosón de Higgs podría estar asociado a una explicación del valor no nulo pero muy pequeño de la constante cosmológica que explica la energía oscura. Lawrence Krauss (Univ. Estatal Arizona) y James Dent (Univ. Louisiana) proponen la existencia de un nuevo campo escalar (más allá del modelo estándar) acoplado al campo de Higgs mediante un mecanismo tipo balancín (see-saw) al que llaman Higgs-saw; la energía del vacío de este nuevo campo crece cuando decrece la del Higgs y viceversa, de tal forma que el vacío a 246 GeV del campo de Higgs implica un vacío con una energía tan pequeña como la necesaria para explicar la energía oscura. ¿Por qué no se han observado las partículas escalares asociadas a este nuevo campo? Porque su masa está en la escala GUT, inalcanzable en los experimentos. El artículo técnico es Lawrence M. Krauss, James B. Dent, «Higgs Seesaw Mechanism as a Source for Dark Energy,» Phys. Rev. Lett. 111: 061802 (2013), arXiv:1306.3239 [hep-ph]). Recomiendo leer a Lisa Grossman, «Dark energy could be the offspring of the Higgs boson,» New Scientist, 14 Aug 2013, y también Lubos Motl, «Krauss-Dent small C.C. from a Higgs seesaw,» TRF, Aug 16, 2013.
El problema con esta idea (en apariencia muy sugerente) es que la masa de la nueva partícula escalar debe ser muy pequeña para explicar la energía oscura. Estas nuevas partículas no han sido observadas. Los experimentos del LHC permiten descartar la existencia de cualquier partícula escalar con una masa menor de la mitad de la masa del Higgs (menor de unos 63 GeV). De hecho, también descartan que la materia oscura sea debida a una partícula escalar (como el axión) de baja masa. Nos lo cuenta, por ejemplo, Dejan Stojkovic, «Implications of the Higgs discovery for gravity and cosmology,» arXiv:1305.6960 [gr-qc], Subm. 29 May 2013.
El acoplo del Higgs a la gravedad (
César Tomé, «Los monos mecanógrafos contra la evolución,» Zientziakultura, 23 Ago 2013, nos hablaba del cerebro de Boltzmann en el contexto de la teoría de la evolución. Como no podía ser menos, el bosón de Higgs también está relacionado con el cerebro de Boltzmann, pero en un contexto cosmológico. Nos lo cuenta el padre de esta idea Sean M. Carroll en su blog «The Higgs Boson vs. Boltzmann Brains,» Aug 22, 2013, siendo el artículo técnico Kimberly K. Boddy, Sean M. Carroll, «Can the Higgs Boson Save Us From the Menace of the Boltzmann Brains?,» arXiv:1308.4686 [hep-ph], Subm. 21 Aug 2013. Recomiendo la lectura de este artículo y me permito un resumen muy breve de su contenido para incentivarla.
César decía que «una infinidad de monos con un tiempo infinito podrían haber sido los autores de los libros de la famosa Biblioteca de Babel, del cuento homónimo de Jorge Luis Borges.» El modelo cosmológico de consenso ΛCDM, donde «Λ» representa la constante cosmológica y «CDM» son las siglas en inglés de Materia Oscura Fría, también tiene el problema del cerebro de Boltzmann. Si la expansión acelerada del universo es eterna, en cierto momento habrá fluctuaciones aleatorias que producirán de forma espontánea objetos tan complicados como un cerebro. Esto es inaceptable en una teoría física razonable. La solución a este problema es la metaestabilidad del vacío del campo de Higgs. El vacío del campo de Higgs, es decir, el vacío del universo actual, puede ser estable, metaestable o inestable. Si es inestable se producirá una transición de fase a otro valor de vacío (si es que existe) o el universo se desintegrará. Si es estable el universo será eterno pero tendremos el problema del cerebro de Boltzmann. La metaestabilidad puede evitar ambos problemas.
Esta figura muestra la estabilidad del campo de Higgs en función de su masa y de la masa del quark top. Si el campo de Higgs es estable (debajo de la línea azul de la figura), tenemos el problema del cerebro de Boltzmann. Si es metaestable (entre la línea azul y la roja), el vacío se volverá inestable y se formarán burbujas en el campo de Higgs, que se expanderán a la velocidad de la luz, pero estas burbujas no llegarán a tocarse, con lo que el universo sobrevivirá (los detalles son conocidos desde hace mucho tiempo, p.ej. Sidney Coleman, «Fate of the false vacuum: Semiclassical theory,» Physical Review D 15: 2929-2936, 15 May 1977 [pdf gratis]). Y si es inestable (por encima de la línea roja), las burbujas se forman tan rápido que llegan a tocarse y el universo se desintegraría; bueno en realidad este caso no se puede dar porque haciendo los cálculos resulta que el universo ya tendría que haberse desintegrado (y no podrías estar leyendo esta entrada).
Según los datos de ATLAS y CMS en el LHC la masa del Higgs es 125,66 ± 0,34 GeV, y la del quark top es de 173,20 ± 0,87 GeV, por tanto el campo de Higgs es «metaestable,» en apariencia. La razón es que la masa del quark top se puede definir de varias formas diferentes y según el reciente artículo de CMS Collaboration, «Determination of the top-quark pole mass and strong coupling constant from the ttbar production cross section in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV,» arXiv:1307.1907 [hep-ex], Subm. 7 Jul 2013, en los estudios de la estabilidad del campo de Higgs el valor que hay que utilizar para la masa del quark top es 176,7 ± 3,6 GeV. Por tanto no sabemos aún si estamos en la región de estabilidad o en la de metaestabilidad.
Si estamos en la región de metaestabilidad, ¿qué es lo más seguro para nuestro universo? Según Carroll justo el borde por debajo de la línea roja, es decir, cuando el quark top tiene una masa de 178 GeV. En dicho caso se puede estimar que nuestro vacío actual tendrá una vida de unos 20 mil millones de años (y ya llevamos unos 13,8 mil millones). Dentro de unos miles de millones de años se producirá la transición a un nuevo vacío, pero el universo sobrevivirá a la transición (como es obvio nosotros y el resto del contenido del universo no sobrevivirán). Lo curioso es que el universo podrá ser eterno ya que renacerá de sus cenizas cual ave Fénix.
Por supuesto, en estas estimaciones se considera que no existe nueva física a altas energías (escala GUT o escala de Planck) que altere estas estimaciones. En mi opinión hay muchos indicios de que hay nueva física a altas energías (al menos en la escala de GUT), luego todas las conclusiones de Carroll son pura especulación. Lo que no quita que sean muy sugerentes.
Lo dicho, recomiendo leer a Sean Carroll.
Una pregunta, ¿tiene sentido decir si la interacci’on del Higgs es atractiva o repulsiva? Gravitatoria: siempre atractiva (si no metemos taquiones o part’iculas con masa negativa). Electromagn’etica: atractiva o repulsiva (según las cargas). Fuerte: (atractiva sobre los hadrones). Débil: repulsiva (provoca decays). ¿Y la de Higgs? Si el Higgs es tipo inflatón, parece que puede ser repulsiva (similar a dark energy), pero ¿podría ser atractiva también?
Creo recordar que utilizando la aproximacion de Born para pintar el potencial, se puede ver que los campos de espin par generan atraccion entre particulas iguales, mientrar que los de spin impar generan repulsion.
Hace poco leí que esto se debía al signo del propagador: para campos de spin 0 o spin 2 (el Higgs y el graviton) el signo es positivo (ya que goo=1) y por tanto la fuerza es atractiva mientras que para campos de spin 1 (electromagnetismo) el signo es negativo (ya que gii=-1) lo que provoca que cargas iguales se repelan. Si esto es correcto entonces la interacción del Higgs es atractiva: http://physics.stackexchange.com/questions/72122/explanation-of-electromagnetism-using-quantum-field-theory
Esa respuesta no considera el signo de la característica del campo. Pero vamos, yo también creo entender la respuesta si no permitimos materia o energía exótica (aunque sí valores arbitrarios de números cuánticos).
El hecho que la fuerza debil provoque decays no implica que sea repulsiva, ya que tanto QED, QCD como fuerza debil provocan decays. En mi opinion ambas tres son tanto repulsicas como atractivas, y el Higgs es únicamente repulsiva. Me baso en el hecho de que una fuerza es atractiva si permite «estados ligados», y los estados ligados, en mi opinion, no son más que estados nuetros para la interacción. Un estado neutro para el Higgs sería aquel en el que las particulas formaran un sistema con masa invariante cero, pero eso es imposible, de ahí de que en mi opinión, sea puramente repulsiva.
Amarashiki, ¿y tú me lo preguntas? Es broma. Ahora en serio. ¿Qué significa atractiva o repulsiva? Cuanto te refieres a que el electromagnetismo es una fuerza atractiva o repulsiva te refieres a que la interacción electromagnética entre dos fermiones aproximada por un potencial efectivo a larga distancia es atractiva o repulsiva según los signos de sus cargas.
Cuando te refieres a que la gravedad es siempre atractiva quieres decir que la interacción entre dos fermiones mediada por la gravedad es atractiva. ¿Cómo es la interacción entre dos fermiones mediada por el campo de Higgs? Como bien sabes es atractiva (porque el signo del coeficiente lambda que multiplica el término de autointeracción es positivo). Pero deja de ser atractiva y se vuelve repulsiva a alta energía porque el grupo de renormalización nos dice que lambda decrece con la energía (para un Higgs a 125 GeV el valor de lambda parte de unos 0,23 y decrece hasta volverse negativo a unos 10^11 GeV, la famosa metaestabilidad del vacío del campo de Higgs).
Supongo que tu pregunta se refiere a la auto-interacción de los campos. ¿Cómo es la interacción electromagnética entre dos fotones? No hay interacción entre dos fotones. ¿Cómo es la interacción gravitatoria entre dos gravitones? Realmente no lo sabemos, pero los modelos efectivos para la gravedad cuántica hasta un loop afirman que es una interacción atractiva (una pequeña corrección a la ley de Newton). ¿Cómo es la interacción de Higgs entre dos bosones de Higgs? No tiene mucho sentido hablar de potencial efectivo a larga distancia, pues los Higgs son muy inestables y su vida media es muy corta, pero si no lo fueran sería una interacción atractiva.
Saludos
Francis
Ciertamente, quería debatir sobre mi pregunta, porque, por ejemplo, es conocido que el potencial escalar puede comportante diferentemente (después de todo piensa en la inflación o en potenciales escalares de otras interacciones efectivas, y realmente vemos que la interacción escalar puede tener ambos signos). Sobre el gravitón, estoy de acuerdo. NO sabemos nada de la gravedad cuántica (aunque al propagador del gravitón le han intentado colar correcciones desde cuerdas o LQG en varias ocasiones).
NO me refería a la interacción entre un mismo tipo de cuanto…Sino al efecto de atraccion o repulsion al intercambiar cierto tipo de bosones entre fermiones sensibles a su interaccion. Nada más.
Dos preguntas. Una On Topic, acerca de este argumento basado en la cte lambda del termino de autointeraccion… ¿funciona en el caso de simetria rota? Esto es, una cosa es intercambiar bosones de higgs y otra es una interaccion mediada por el campo de higgs, que son cuatro particulas entonces.
Y otra Off-Topic: ¿Hay algun caso en el que se puedan usar fermiones como mediadores de una interaccion? Obviamente no se conserva el momento angular si un boson emite un fermion virtual, pero me preguntaba si hay casos de interacciones de ultra corto alcance que se puedan construir asi.
Alejandro, no tengo respuesta a tus dos preguntas. Pero en relación a la primera, creo que en los trabajos citados se usa el campo de Higgs como doblete escalar (luego son cuatro «partículas»). Y en relación a la segunda, en física de la materia condensada (teoría de campos no relativista) aparecen campos efectivos entre bosones mediados por fermiones (por ejemplo en modelos de Bose-Fermi-Hubbard unidimensionales, de gran interés en óptica cuántica). Ahora bien, no sé si se puede construir una teoría microscópica (no efectiva) de este tipo que sea consistente y que cumpla los axiomas básicos de una QFT.
O no. No hay muchos indicios de que el comportamiento de la antimateria es similar (gravitatoriamente hablando) al de la materia, aunque sé que alguno hay. Pero hasta dónde sé, no se ha probado que la antimateria tiene un comportamiento gravitatorio «normal». Podría repelerse entre ella, o sólo con la materia, siempre me ha llamado la atención que un punto de esta importancia no se le dedique un esfuerzo mayor (a ser aclarado, naturalmente).
Dr. Newton, no hay experimentos en laboratorio que lo demuestren (aún, pues hay varios en curso), pues manejar antiátomos de materia o antineutrones es difícil en experimentos relacionados con la gravedad; sin embargo, hay muchos indicios indirectos de carácter cosmológico; sabemos mucho sobre los primeros instantes del universo cuando materia y antimateria están en pie de igualdad y todo indica que no hay huellas de comportamiento exótico de la antimateria, de donde se deduce que la gravedad afectó por igual a materia y antimateria cuando el universo estuvo relleno en pie de igualdad de materia y antimateria (si hubiera afectado de forma diferente muchos resultados cosmológicos mostrarían una huella, pero no la muestran).
Sí, también creo que hace poco se registró en una prueba de laboratorio otro fuerte indicio de que materia y antimateria se comportan idénticamente en un campo gravitatorio. No obstante, uno que es de naturaleza cojonera, le gusta más bien hacer hincapié en que, a priori, alguien podría tener algún tipo de idea brillante para determinar el asunto sin recurrir a metodologías de praxis complicadísimas (y ultracaras), debido a que es un punto que creo que estaría bien zanjar de una vez por todas. Obviamente, se arma (como dicen los anglófonos) la Segunda Venida si resulta que el comportamiento no es el esperado, pero es que también podría pasar que no fuese exactamente el esperado (no un escenario tan michelsonmorleyano como el que fuesen repulsivas, por ejemplo), es decir, bastaría una ligera anomalía para trastocar prácticamente todo.
Vamos, que vamos pillando todo con alfileres y hasta ahora hemos tenido mucha suerte.
Porque no es un traje «normal» lo que está entre manos.
Dr. Newton, la mención a «que hace poco se registró en una prueba de laboratorio otro fuerte indicio de que materia y antimateria se comportan idénticamente en un campo gravitatorio» en realidad corresponde a los primeros resultados (nada concluyentes) de un experimento en curso; la estadística es insuficiente para afirmar nada al respecto (aunque algunos medios olvidaron mencionar este dato en sus noticias). Habrá que esperar un par de años para tener los primeros resultados firmes. Por supuesto, nadie espera ninguna sorpresa (pues ya te digo a que a nivel cosmológico pasaríamos de saberlo casi todo a no tener ni idea; puede parecer una tontería pero cambiar cómo funciona la gravedad a partir de una energía O(GeV) cambia en gran medida todo lo que creemos que sabemos sobre el big bang).
Aunque Einstein no aceptaba la masa negativa no se puede desechar totalmente ya que el campo de higgs es un campo de atraccion, que pasa si se alterara de alguna manera para que fuera de repulsion.
Buenas preguntas. Si como apunté en un comentario anterior, algunos físicos entienden que el electromagnetismo es un segregado de la gravedad, entonces el juego o la dupla atracción-repulsión parece ser una ley de la naturaleza. En este contexto el Higgs emerge a nuestra mirada como un evento repulsivo desde un fondo de la materia, pero una vez creado el campo de Higgs con sus partículas correspondientes (podría) generar gravedad local. Ahora bien, no tengo la menor idea de si el Higgs es el donante de masas de las partículas bariónica, no lo he estudiado. De momento ando entretenido con la mecánica clásica de Maxwell 😉
«Los experimentos del LHC permiten descartar la existencia de cualquier partícula escalar con una masa menor de la mitad de la masa del Higgs (menor de unos 63 GeV). De hecho, también descartan que la materia oscura sea debida a una partícula escalar (como el axión) de baja masa» Entonces ¿El axion ya está prácticamente descartado como candidato a materia oscura?
Lo de la MO es un problema desconcertante, ¿Que co***** puede ser? Por otro lado parece que estamos acotando bastante la búsqueda, si los datos cosmológicos favorecen una partícula de entorno al TeV entonces hay posibilidades de que el LHC la encuentre. Algo tenemos que encontrar, tenemos “un millón” de modelos teóricos pero ningún dato experimental que nos guíe, la búsqueda no puede acabar así…alguno de los experimentos a corto y medio plazo tiene que encontrar alguna pista.
Bueno, creo que es momento de sacar de nuevo mi repertorio. Voy por partes:
1) Estrictamente hablando, Francis lo dice correctamente, Planck. El axión no es técnicamente un escalar sino un pseudoescalar diseñado para solucionar el problema CP fuerte ( esto es, por qué la QCD no viola como interacción la simetría CP, mientras que sí lo hace, y aparentemente de forma máxima, la interacción débil -o electrodébil en el marco del SM, una teoría quiral). Por tanto, es cierto que los aceleradores nos dicen que partículas escalares con masa del orden de la mitad que el Higgs -127- están descartadas a no ser que incluyas interacciones muy exóticas que los vuelvan extremadamente débiles. Ya dije hace unos días que Wilczek me dijo en twitter que el prefiero el axión todavía para materia oscura, aunque su espacio de parámetros está muy restringido ya -casi o más que el Higgs antes de hallarse-. Es posible que podamos reducir este espacio o encontrar axiones en los próximos años en experimentos de baja energía.
2) Bueno, sobre materia oscura…Materia oscura caliente: el candidato prominente es el neutrino o especies adicionales de partículas relativistas de poca masa o nula (Z’). Las medidas de WMAP y PLANCK limitan el número de estas posibilidades. Materia oscura fría: hay muchas posibilidades. En SUSY, si creemos que ésta existe a una energía alta, la partícula más ligera supersimétrica es el candidato natural. En modelos supersimétricos, según como rompas la SUSY y sus partículas mensajeras, dicha partícula (LSP) puede ser el gravitino o algún otro gaugino, pero también podría ser algo como el neutralino (una mezcla de diferentes partículas supersimétricas, y neutra bajo el SM gauge group). También podría ser algo mucho más exótico, como un fermión de Majorana (tipo neutrino superpesado) neutro (piensa en el $latex nu SM$ de Shaposhnikov visto hace unos días), un espinor llamado ELKO (perteneciente a una clase no estándar de Wigner de las representaciones unitarias irreducibles del grupo de Lorentz, emparentado con los espinores de Majorana, pero que se comporta de forma diferente a los espinores usuales), una partícula de espín continuo (parece que hay gente trabajando en esta opción de nuevo), un campo de Majorana con infinitas componentes (algo que no es muy popular), un campo asociado a alguna simetría conforme (es el escenario de impartículas de Georgi), y otras varias posibilidades que también dan los modelos GUT o los de compositeness (preones) con nuevos bosones masivos (Z’) y hasta los escenarios de teorías Kaluza-Klein también provocan más escenarios análogos.
3) La materia oscura debe posiblemente poder comunicarse con la energía oscura. Por eso hay modelos que intentan unificar la descripción de materia oscura y energía oscura bajo un mismo tipo de substancia. Uno de los modelos más simples que conozco es el del mítico gas de Chaplygin y sus diferentes generalizaciones y modificaciones:
i) Gas de Chaplygin usual:
$latex p=p(rho)=A/rho$
ii) Gas de Chaplygin generalizado:
$latex p=p(rho)=A/rho^n$ , donde $latex ngeq -1$
iii) Gas de Chaplygin generalizado modificado (en el sentido de P.F.Glez-Díaz, in memoriam):
$latex p=p(rho)=Arho+B/rho^n$. $latex nge 1$
iv) Gas cósmico de Chaplygin generalizado modificado generalizado:
$latex p=A(omega)/rho^n-1/rho^nleft(rho^{n+1}+A(omega)right)^{-omega}$
y en donde
$latex A(omega)=dfrac{-B}{1+omega}-1$
Este último model puede extenderse para ser similar a la propuesta de Pedro F. Glez-Díaz:
$latex p=mu rho+A(omega)/rho^n-1/rho^nleft(rho^{n+1}+A(omega)right)^{-omega}$
e incluso añadirle un término de «viscosidad» cósmica $latex xi$
$latex p=mu rho+A(omega)/rho^n-1/rho^nleft(rho^{n+1}+A(omega)right)^{-omega}-xi H$
o hasta permitir que B no sea constante sino que dependa del factor de escala cósmico $latex R(t)$ de cierta forma. En dichas ecuaciones $latex omega$ es un parámetro cósmico constante (un número puro) que determina las propiedades del gas de Chaplygin y $latex n$ es un número real mayor o igual que uno en general. Este sistema lo encuentro realmente fascinante porque:
a) Es de los pocos sistemas que permite derivar su potencial asociado desde supersimetría (su lagrangiano está emparentado con el lagrangiano de teorías de D-branas).
b) Es una ecuación de estado lo suficientemente exótica y especial para describir algo tan raro como la energía oscura (o energía oscura más materia oscura) de forma sencilla y no trivial.
c) El único inconveniente es que la teoría microscópica de un gas de Chaplygin no está aún completamente entendida (como he dicho puede derivarse desde el aparejo de D-branas, pero eso no da pistas sobre su teoría microscópica) y que aparentemente puede tener superluminalidad manifiesta (con lo que ello conlleva para una teoría como la relatividad especial o general hasta donde la creemos conocer…)
Para la energía oscura tenemos por sí sola un candidato(o candidatos) estándar: el campo escalar. Aunque de nuevo, no sabemos lo suficiene aún sobre la simetría que evita que campos escalares se vuelvan extremadamente pesados. Sin embargo, para energía oscura, Planck, más allá de la propuesta de modificar la ecuación de estado:
Caso Cero) La energía oscura ES la energía del vacío, dada por la constante cosmológica (CC) y es constante/no dinámica incluso pese a la evidente (aparentemente) expansión cósmica universal.
El cambio de constante cosmológica a un campo dinámico complica la discusión. Si la energía del vacío es dinámica, hay varias posibilidades conocidas (no entro a valorar opciones aún desconocidas)
a) Quintaesencia: un campo escalar que mimetiza energía oscura en el sentido de constante cosmológica pura, en cierto regimen asintótico de su potencial de interacción.
b) Energía fantasma: un campo escalar con término cinético definido negativo (o sea «taquiónico» en cierto sentido). Los datos de PLANCK, al parecer, prefieren esta opción (aunque hay demasiada incertidumbre como para excluir quintaesencia o la constante cosmológica pura).
c) Quintom matter(materia quintom): escenario que en cierta forma interpola el comportamiento de la energía fantasma y la quintaesencia, puesto que cruza la frontera marcada por el caso de constante cosmológica pura. Esta teoría necesita más de un campo escalar para realizarse y tiene la «interesante» facultad de que es posible evitar singularidades como el Big Bang/Crunch, el Big Rip y otras varias.
d) k-esencia: campo escalar con un término cinético no estándar. Es una clase de teorías que aún no creo que estén totalmente clasificadas, pero que involucran términos escalares en el lagrangiano. Dentro de esta clase podríamos incluir teorías basadas en lagrangianos no locales (con un número infinito de derivadas) como las que aparecen en teorías de cuerdas abiertas o en modelos no locales de origen p-ádico (mucho de estos dos casos se debe al trabajo de la escuela rusa y de europa del Este, Aref’eva et al.).
e) Quons y partículas con estadística exótica. Se ha propuesto desde M-theory para explicar la BH information paradox que pueden existir partícular interpolando bosones y fermiones llamados quones. El caso en el que el parámetro de la teoría de quones toma el valor q=0 se llama estadística infinita, que corresponde a una estadística CUÁNTICA de Boltzmann. No hay que yo conozca una teoría de campos local para quones o estadística infinita.
Como ves, Planck…Hay varios niveles al que podemos responder la pregunta de la materia oscura fría (dejo a los neutrinos y otras especies de materia oscura caliente al margen) y la energía oscura:
a) Nivel microscópico fundamental y nivel efectivo (emergente si quieres usar una palabra más de moda) macroscópico (de teoría de campos).
Pregunta a1) ¿Qué es la materia oscura oscura a nivel microscópico? ¿Qué tipo de partículas la integran?¿Cuáles son sus interacciones?
Pregunta a2) ¿Qué tipo de campo macroscópico gobierna las interacciones de materia oscura? Espinorial (ELKO y opciones como el campo de infinitas componentes de Majorana están entre las opciones), escalar (¿SUSY?¿Algún agregado de partículas bajo una interacción superfuerte desconocida?), vectorial (bosones oscuros, o Z’, g’) o pseudovectorial (axiones y campos similares), tensorial (¿hay contribución de los gravitones a la materia oscura si existen gravitones masivos como afirman diferentes extensiones de la Relatividad General?¿campos gauge de tipo p-forma como los que aparecen en M-theory?) partículas con espín continuo (siempre calificadas de «unphysical» por la comunidad), impartículas ( procedentes de la rotura de una simetría conforme oculta a alta energía), …Tal vez incluso partículas (campos) de alto espín (si es que algún día se logran teorías interactuantuantes como la de Vasiliev en D=4 que tengan sentido en la geometría del Universo que observamos).
Pregunta a3) ¿Qué es la energía oscura a nivel microscópico?¿Es una simple constante cosmológica o algo más complejo?¿Qué partículas la forman y qué interacciones posee? ¿Hay interacciones entre materia oscura y energía oscura mediante algún tipo exótico de fuerza mediada por algún tipo de partículas?
Pregunta a4) ¿Qué es la energía oscura a nivel macroscópico?¿La mera constante cosmológica o pura constante que introdujo Einstein hace casi 100 años? ¿Un campo escalar como la quintaesencia?¿Un campo «taquiónico» con término cinético definido negativo como la energía fantasma?¿Algo más complicado como un conjunto de 2 o más campos escalares y que puede hacer cambiar el comportamiento de la energía oscura entre fantasma y quintaesencia, cruzando el umbral dado por una constante cosmológica pura en ciertos momentos de la expansión?¿Algo más fantástico como la k-esencia, un campo escalar con término cinético no estándar y que puede llegar a ser no local-incluir infinitas derivadas- como el caso de las teorías de la inflación p-ádica o las teorías de campo escalar no local provinientes de teorías de cuerdas abiertas? ¿Quizás algún tipo de gas de Chaplygin?¿Un campo tipo p-forma?
b) Nivel de unificación entre energía oscura y materia oscura, así como su relación con las partículas del Modelo Estándar:
Pregunta b1): ¿Queremos una teoría unificada de materia y energía oscura o deben ser entidades aisladas inconexas? Esto es, ¿hay «comunicación» entre el sector de materia oscura y el de energía oscura? ¿Son materia oscura oscura y energía oscura el mismo campo o distintos campos?Si son distintas partículas ¿admiten una descripción unificada tipo gas de Chaplygin o es mejor describirlas como entidades separadas hechas de diferentes substancias o campos?
Pregunta b2) ¿Qué nivel de conexión e interacciones se establecen entre las partículas o grados de libertad del Modelo Estándar y las partículas o interacciones de materia y energía oscura-si éstas últimas existen? ¿Qué teoría unificada mínima captura la fenomenología asociada?¿Podemos explicar las curvas de rotación galáctica y la expansión acelerada más las interacciones del Modelo Estándar en un marco teórico común más allá del modelo Estándar?¿Cuáles son las bases para tal teoría unificada? ¿Qué pinta la gravedad en todo eso -seguro que algo?
c) Si renegamos de materia oscura y energía oscura, ¿qué opciones quedan para explicar LCDM y las curvas de rotación galácticas? No muchas. Esto lleva a gravedad (o dinámica newtoniana) modificada. Esto es, lleva a modificar o bien la ley de gravitación universal de Newton a escalas galácticas o mayores y/o la noción de inercia de partícula (si modificamos la segunda ley de newton para bajas/altas aceleraciones). Son los casos MOdified Gravity y MOdified Newtonian Dynamics (Milgrom y otros). Bondades:
1) Eliminamos de una tacada la necesidad de introducir partículas o campos que no observamos (gravitinos, Z’, etc).
2) Podemos explicar de forma realmente simple (aunque heurística) las curvas de rotación.
3) Si incluimos la posibilidad de que el Universo pudiera tener alguna propiedad rara no dada en el LCDM como «rotación», podemos explicar también la energía oscura como efecto de la rotación cósmica y efectos (aún cuestionados) como el eje del mal. El modelo de Zorba es un buen ejemplo de esto.
Pegas:
1) MOND y MOG no tienen una teoría relativista bien definida (aunque hay gente que se esfuerza en decir que sí es posible vía, e.g., TeVeS gravity o bimetric gravity -Moffat/Bekenstein/Milgrom han hecho contribuciones en este terreno).
2) Incluso implementada una teoría relativista modificada de gravedad o campo de gravedad tipo MOND/MOG, parece que necesitamos o podemos interpretar la misma como una teoría con alguna componente de materia oscura (dada que dichos campos auxiliares que usan MOND y MOG no parecen corresponderse del todo con los campos del SM, salvo al posible gravitón).
3) Observaciones en cúmulos como el Bullet parecen indicar que no se comportan como se esperaría de tales teorías.
4) Principios teóricos tras la aceleración mínima (y/o máxima) tras MOND/MOG totalmente desconocidos aún. Aunque hay algunas pistas y sugerencias desde distintos ámbitos.
MOND y MOG han visto en la propuesta de Verlinde otra «mina». Basta con cambiar la noción de entropía (ley del área) para poder derivar una MOND/MOG con correciones.
Personalmente, pienso que MOND/MOG y DM/DE son aspectos complementarios de la misma teoría subyacente. Ya dije en un hilo del blog de Carroll aquí http://blogs.discovermagazine.com/cosmicvariance/2012/05/09/dark-matter-vs-modified-gravity-a-trialogue/Dark Matter mis pensamientos respecto de esto. Puedo resumir, más o menos, lo que dije en su blog:
A) Existe una teoría X que incluye MOND/MOG y que puede explicar tanto observaciones de curvas de rotación, como la expansión acelerada (si es real como parece).
B) Existe una teoría X que incluye MOND/MOG cuya microscopía involucra partículas que se comportan como lo que hoy llamamos DM/DE.
C) Existe una teoría X, comunicada en mayor o menor medida con el SM a cierta energía $latex E_X$, en donde hay comunicación de alguna/algunas partículas del Modelo Estándar con el sector oscuro definido por la escala de energía de materia o energía oscura.
D) Es posible que la energía E(X) sea baja o muy alta en comparación a la escala electrodébil, pero en todo caso, las partículas de materia oscura o energía oscura NO están restringidas a ser hiperpesadas (10¹²-10¹⁹GeV, Planck o menores). Podrían estar en la escala GeV, TeV, aunque también dejar remanentes como el axión y otros WISPs (Weakly Interacting Slim Particles, partículas débilmente interactuantes livianas). Pensar, por ejemplo, que el neutrino es una partícula que sólo interactúa via interacciones débiles o electrodébiles. Si existieran fuerzas ultradébiles, que no hubiéramos detectado hasta la fecha por tener un acoplo «tuneado» de esa forma, podría haber partículas muy livianas como el axión y otros más ligeras que sólo interactuaran bajo ellas y bajo la gravedad (si fueran masivas, claro).
¿Y bien PLANCK? Como ves, tenemos muchas opciones para responder a la cuestión de lo que es materia oscura y energía oscura en el marco de BSM theories. ¿Y tú?¿Con qué opción u opciones te quedas?
Muchas opciones y muy pocas respuestas, parece increíble que aún no sepamos de que está hecho el 95% del Universo.
En mi opinión inexperta la MO y la EO son dos fenómenos muy distintos e independientes uno del otro ya que tienen características muy distintas (aunque no se puede descartar que estén relacionados), por otro lado los datos de WMAP y Planck indican que efectivamente la MO y la EO son fenómenos que existen realmente por lo que no haría falta recurrir a teorías de Gravedad Modificada. Mis preferencias son las siguientes:
Materia oscura: Sigo pensando que la naturaleza tiene que incorporar SUSY en alguna de sus formas, un gran porcentaje de los modelos BSM necesitan de SUSY para subsistir y esto parece demasiada casualidad. Por otro lado los argumentos de la naturalidad o no para confiar en uno u otro modelo SUSY me parecen totalmente “subjetivos” y “antrópicos” Como decía Francis en un post anterior ¿Por qué un ajuste de 1 es natural y uno de 0,1 o 0,05 no lo es? Desde este punto de vista el candidato más “natural” sería el supercompañero más ligero.
Energía oscura: Creo que el candidato más probable es la constante cosmológica, aún así hay que explicar el mecanismo cuántico subyacente. El espacio-tiempo es algo físico y como tal tiene que tener una energía intrínseca (y más aún si tiene una microestructura como tu argumentas Amarashiki), es posible que está energía sea la responsable de la aceleración cósmica, creo que para entender esto tendríamos que resolver el problema de la energía del vacío, aquí SUSY podría tener un papel muy importante cancelando las contribuciones de las partículas virtuales que disparan su energía… Especulando un poco (no se si con demasiado fundamento) ¿Podrían los instantones jugar un papel en la energía del vacío? Las transiciones entre vacíos no triviales en QFT por efecto túnel deberían jugar algún papel ¿no? Recuerdo que en el libro de Ynduráin “Electrones, Neutrinos y Quarks” este decía que los instantones podrían formarse como interacción de campos gluónicos e incluso podrían contribuir a la masa de algunas partículas (como el mesón n). También es posible que la EO sea causada por un campo escalar similar al inflatón…
Amarashiki por supuesto tu tienes mucha más información y conocimientos que yo y por supuesto es posible que tengamos que recurrir a alguna teoría “no mainstream” como las que tu nombras…
Sin nuevas pistas experimentales estamos perdidos, tenemos que buscar cualquier rastro de indicio de física BSM y buscar pistas en el LHC, los neutrinos, mesones Bs, multiyets, rayos cósmicos, momentos magnéticos anómalos, desintegraciones de protones, violaciones de simetrías, variaciones de la fuerza de la Gravedad o incluso detectar si el Universo rota como una peonza… hay decenas de experimentos en marcha y otros tantos por venir, alguno tiene que darnos pistas, estoy seguro que al final encajaremos las piezas del puzle y por fin veremos el “esquema final” completo.
Te respondo, Planck:
1) Preferir SUSY o no es un prejuicio teórico. De esos tipos de prejuicios sobre los que advertía Feynman en sus libros, charlas o entrevistas. Yo era un entusiasta de SUSY años atrás, me he vuelto escéptico (que no una persona en contra) de supersimetría. Ciertamente, supersimetría es «guay». Hay muchas matemáticas sofisticadas y elegantes tras ella, puedes «explicar» cosas con ella de casi todo tipo. Pero, el primer run del LHC no se ha mostrado bondadoso sino todo lo contrario con SUSY a escala TeV. Puede que SUSY existe a alta energía 10 -100TeV, pero también podría existir a una energía mucho mayor y entonces no podríamos en nuestra vida «verla». Lo que está claro, es que hay ciertamente, aparentemente, una escala grande entre la energía típica electro débil de unos 100 GeV y la de ruptura de SUSY, digamos que siendo groseros, es improbable que tengamos spartículas debajo de 500 GeV (ayer Dorigo comentaba en su blog un plot de una charla que ciertamente «aprieta» a SUSY más que nunca http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/plot_week_how_susy_got_scrd_lhc-119422 )
2) El no tener SUSY, y por tanto, que no haya un match entre grados de libertad bosónicos y fermiónicos en una teoría es ciertamente una asimetría que quizás impulse con más bríos el enfoque twistorial de Penrose (¿tendrá razón al final Roger nuevamente? ).
3) Naturalidad. Ayer salió un paper que usaba la dualidad como argumento para explicar la aparente no naturalidad desde un punto de vista que no había visto yo aún. No de esa forma cuando menos. http://arxiv.org/abs/1308.5069 La no naturalidad puede ser, simplemente,un efecto de nuestras teorías efectivas que no debería esperarse en una teoría fundamental con ciertas simetrías. No es nueva del todo esa idea, pero me ha hecho pensar bastante ese artículo. En especial, porque pone de nuevo de manifiesto la importancia de la simetría de dualidad en todo el asunto…Y ya van unas cuantas «revoluciones» en ese campo, pero sin embargo, no comprendemos el origen de «la dualidad» como simetría todavía.
4) El argumento de la microestructura no es «mío». NO tengo la patente. Es simplemente «física fundamental». Si lo que llamamos agujero negro (entendidos como soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein, más que como singularidades que no entendemos porque no tenemos teorías para esas escalas aún, ni si son físicas o no todas) tiene temperatura y entropía, por simple termodinámica y física estadística entonces tienen microestructura y «estados cuánticos»/»microestados». Que identifiquemos estados cuánticos con microestados es ya algo que también depende de tu grado de creencia sobre la mecánica cuántica y de lo que entiendes por ésta.
Y una cosa bastante diferente, es decir qué tipo de termodinámica y física estadística hay detrás de los agujeros negros. ¿Cómo interpretar la fórmula de Bekenstein-Hawking? En general, la gente que ve $latex Ssim A$ lo entiende como holografía, pero, desde el advenimiento de las termodinámicas y físicas estadísticas no-extensivas, ahora tenemos otra opción. A saber, que la entropía de un agujero negro es proporcional al área debido a que los microestados de la gravedad se comportan no-aditivamente y nolinealmente (algo que seguro a Einstein le hubiera encantado oir debido a su preferencia por métodos no-lineales desde que descubrió la relatividad general).
5) Sobre la energía del vacío. Incluso si aceptamos que sea la constante cosmológica, por sencillez, un simple argumento tipo de mecánica estadística también nos hace pensar sobre su origen microscópico. Una energía del vacío está asociada a algún tipo o tipos de campo. De hecho, la pista es que si te pones en el marco newtoniano, la cosntante cosmológica se origina con una fuerza tipo oscilador (tipo hooke). Una constante cosmológica positiva es un oscilador armónico invertido a nivel digamos «clásico». Generalmente los osciladores están asociados a algún tipo o tipos de campo. Así que…¿qué partícula o partículas están en el origen de la constante cosmológica? Si aceptamos esto, es ciertamente sorprendente que la energía oscura se comporte como un término de presión constante en las ecuaciones de Einstein, y que, además, no varíe dinámicamente en el tiempo cósmico. De hecho, sabemos que la energía oscura no ha dominado siempre la expansión (si te crees el LCDM, claro), así que incluso una constante cosmológica simple tiene problemas. A parte de que si hacemos esta conexión tenemos fine-tuning de 60 órdenes de magnitud como mínimo (en SUSY models) o 123 órdenes de magnitud,…La constante cosmológica pura es un problema en teoría cuántica de campos (problema de la constante cosmológica).
6) Sobre los efectos de instanton, o si quieres más generalmente los efectos no pertubativos en teoría cuántica de campos, estoy parcialmente de acuerdo. Cosas que predice el modelo estándar, como la creación de pares en campos fuertes (el simple efecto Schwinger de Q.E.D. aún no ha sido verificado experimentalmente aunque yo no dudo de que exista), los efectos de instanton en teorías gauge no abelianas, y otros efectos de vacío no triviales pueden contribuir a la masa, efectivamente, y son muy importantes por ejemplo en QCD, pero no tanto en QED. ¿Podrían ser más importantes in una teoría más allá del modelo estándar? Ciertamente, hay cierta correspondencia y conexión entre efecto Schwinger, efecto Unruh y efecto Hawking que no están comprendidas. Me gusta bastante leer sobre ello también, pero es un problema complicado. Incluso aunque yo me pueda imaginar algo, necesitamos experimentos como bien dices incluso para resolver la cuestión de los efectos no perturbativos, y que desde hace años, incluso en cosas tan abstractas y teóricas como M-theory, son cada vez más importantes.
7) El inflatón es una caso particular, como el dilatón, el dilatón-inflatón, que puede introducirse en algunos de los modelos que puse arriba.
8) Yo sigo apostando por los neutrinos. Sigo pensando que son naturalmente partículas de Majorana, aunque sé que no todo el mundo apoya esta opción. Y hasta que no se resuelva experimentalmente la cuestión, es meramente una intuición y prejuicio teórico mío. Una preferencia subjetiva…
9) Sobre la aparente desconexión que pareces preferir de materia oscura y energía oscura, espero que no sea así. De hecho, espero «null results» de detección de materia oscura en los próximos años. Me encantaría estar equivocado, que conste, sólo para activar una nueva era dorada de la física de partículas.
10) Y final… Lo que a mí me tiene más desconcertado, y te lo digo en serio, es lo bien escondida que parece estar la Física más allá del Modelo Estándar. No sé si Francis pensará igual que yo, pero a mí lo que me turba es que el momento histórico singular que vivimos en la Física de partículas no tiene parangón con cualquier otro anterior en el siglo pasado. Existe la posibilidad real, que nadie aún quiere aceptar del todo (ni siquiera yo mismo), de que la escala de nueva física se halle, digamos, entre 10¹²GeV y la escala de Planck en 10¹⁹GeV, SIN ninguna escala intermedia de energía.
PS: Lo único que realmente apunta en dirección contraria, incluso en el peor de los casos, es el origen de la masa del neutrino «a la seesaw». Si escribes:
$latex m_nu=M_D^2/M_R$
en donde $latex m_nu$ es la escala de masas del neutrino que observamos, $latex M_D$ es una escala de energía ligada a los Yukawas y el Higgs, y $latex M_R$ es la masa de los right-handed neutrinos (superpesados). Suponte que $latex M_D$ es del orden de la masa del quark top o del propio higgs (pon los datos en GeV). Si quieres que $latex m_nu$ sea del orden de meV o decenas de meV (supongo jerarquía normal para no cosniderar otras opciones), ¿qué escala tiene que tener $latex M_R$?Simple álgebra con órdenes de magnitud da $latex (10^2GeV)^2/1meV=10^{19}eV=10^{10}GeV$. Ciertamente desalentador…Por supuesto, esto es un seesaw normalito de tipo I, y podemos complicarlo para «bajar» la escala de los right si usamos modelos más sofisticados (los hay), pero da una buena medida de dónde puede estar la nueva física intemedia pre-escala de Planck en caso «pesimista». Creyendo en seesaw y en los datos de dados por los experimentos de oscilación de los neutrinos, hay indicios sólidos para pensar que al menos hay una escala intermedia antes de la escala de Planck (incluso si modificamos esta con nuevas dimensiones). La cuestión es…¿Dónde está?¿Cuál es el modelo correcto? Sí, pero aún peor, incidiendo en las palabras irónicas de Alejandro sobre el «la pedadilla del seesaw»…Juando con esa fórmula para el seesaw (y asumiendo la existencia del neutrino right-handed), ¿cuánto podemos modificar $latex M_D$? Escogiendo esa escala de masa como la escala electrodébil (opción mínima) ya has visto que no da una predicción optimista. Si la cambiamos por otro v.e.v. (no el que da el actual SM) en este seesaw tipo I, ¿cuánto podemos cambiarla? Pensemos…Supongamos que queremos un right-handed neutrino del orden de cientos de MeV, y mantenemos el requisito de la masa de los left del orden decenas de meV. Eso nos da $latex M_D^2=100MeVtimes 10meV$, es decir $latex M_D=1keV$. Otro ejercicio divertido es poner como $latex M_D$ digamos la energía /v.e.v del axión. Supongamos que ponemos que la masa del axión está entre 10⁻⁶eV y 1eV. En el caso de poner 10⁻⁶eV en la fórmula del seesaw tipo I, tenemos que
$latex M_R=M_D^2/m_nu=(10^{-6})^2/10^{-3}$, y curiosamente, esto nos da como resultado que el neutrino R es no ultrapesado sino ultraligero (¡!) con $latex M_R=10^{-9}eV=1mu eV$. Si ponemos 1eV como masa del axión (caso crítico porque supone cierto acoplo muy peculiar del mismo para que haya permanecido inadvertido como campo para nosotros) sale que $latex M_R=1eV^2/10^{-3}eV=10^3eV=1keV$, algo que ciertamente podría ser más estándar (con e cuidado que hay que tener para que un axión del orden eV no haya sido aún detectado). Finalmente, podríamos especular con poner como $latex M_D$ la propia energía del vacío, del orden meV. En tal caso, sale (e insisto, esto es solo en un modelo seesaw tipo I superbásico), que la escala del right es la misma que la del neutrino left, esto es, si $latex M_Dsim M_{DE}=1meV$, entonces tenemos sorprendentemente que $latex M_Rsim M_L$ y tendríamos que explicar por qué los R no dan signos en los datos de oscilación (¿vía acoplos raros?). Si pones que $latex M_D=M_P$, la escala de Planck, el neutrino R sale transplanckiano! Por eso suele decirse que los datos de oscilación y el rango de masas de los neutrinos apuntan a una escala de nueva física antes de la de Planck (asumiendo que la masa del neutrino se genera vía seesaw, por supuesto). Te aseguro Planck, que lo de los neutrinos es muy raro…Ciertamente son mis partículas favoritas. Aunque ciertamente, el mecanismo seesaw parece «universal» y puede implementarse de formas mucho más sofisticadas a estas cuentas tipo «toy model» que acabo de hacerte. Es todo desconcertante…
Amarashiki, no estoy de acuerdo con tu comentario (10). «Me turba que el momento histórico singular que vivimos en la Física de partículas no tiene parangón con cualquier otro anterior en el siglo pasado.» Yo creo todo lo contrario. Nos encontramos en uno de los momentos históricos del siglo XXI en cuanto a física de partículas a nivel experimental, el número de experimentos en curso es mayor que en cualquier otro momento de la historia. La diversidad de estudios que se está realizando es enorme. Además todos los experimentos (cuando finalizan) están dando resultados muy interesantes y sorprendentes. Eso no pasó nunca en el siglo XX (salvo en un par de décadas). Esta década será recordada en libros de historia como una década clave de la física de partículas y astropartículas del siglo XXI.
Addendum: Por cierto, también desde el seesaw tipo I se ve que poner $latex M_R=M_P$, la masa del right en la masa de planck, da el orden de magnitud incorrecto para la masa del neutrino conocido. Por ende, incluso si este modelo es tosco o hasta incorrecto en detalles, «predice» que hay alguna escala de nueva física antes de la de Planck. Sea o no «el modelo bueno», es ya una predicción, incluso si no te gusta demasiado que el neutrino dexto se vaya a la escala 10⁹-10¹²GeV, que es sospechosamente cercana a la escala GUT, del orden de 10¹⁵GeV.
Francis. Creo que no has entendido mi comentario. Lo has entendido al revés ¿? Momento histórico sin parangón…Efectivamente¡! ¿? ¿Me he explicado mal? Creo que has entendido mi comentario 10) como lo contrario a la opinión que tú expresas y que comparto.
«1) Preferir SUSY o no es un prejuicio teórico. »
Siempre he sido un fanatico de Haag pero por su via algebraica, pero no acabo de visualizarle como el autor de «todas las supersimetrias de la matriz S» y me pasma como tras haber escrito ese articulo ignora totalmente cualquier formulacion supersimetrica en su teoria de campos. Los prejuicios a favor de susy deben venir de otro sitio, de los fenomenologos o de los cuerdistas.
«2) El no tener SUSY, y por tanto, que no haya un match entre grados de libertad bosónicos y fermiónicos en una teoría es ciertamente una asimetría»
… salvo en mi superBoostrap 😀 Que traigo aqui a colacion para contrastar con la cuestion del prejuicio. Esto es, lo que me ocurrio a mi fue que pasaba totalmente de susy y que cuando me encontre por accidente con una construccion basada en la observacion y que hacia coincidir el numero de fermiones y el de bosones, fue cuando me converti a pensar que algo podria tener esto de Susy. Es posible que este sea un camino tipico para llegar a susy, observas que aparece en tu pet theory alguna propiedad de tal o cual tipo y que justo susy te la ofrece. Pero entonces, ¿es un prejuicio teorico o una observacion fenomenologica?
Alejandro, llámame tonto, pero no comprendo aún tu superBootstrap. :P. Al menos hoy estoy algo más descansado para pensar cosas. Sigo sin comprender tu construcción del todo, aunque creo ver «tu motivación».
Sobre Haag, yo sé menos que tú, pero estoy seguro de que Ynduráin sabía la respuesta por algo que me dijo una vez el despacho, pero que no logro aún comprender. Es una pena que teoría de cuerdas olvidara durante mucho tiempo su origen como teoría de S-matrix…Ahora, parece que volvemos a los orígenes. Pero nada explica por qué susy debe estar donde se supone que está (salvo la estabilidad del Higgs potential…).
amarashiki, hmm, un momento… ¿no lo comprendes en cuanto a motivacion o a mecanismos, o no lo comprendes en el sentido que no te salen los mismos bosones que fermiones? Porque si es es lo segundo, puedo intentar contarlo de nuevo aprovechando el post de Francis sobre susy.
Alejandro, sigo sin ver cómo haces las cuentas para matchear las partículas con el bosón de Higgs que ha salido ahora. ¿No te faltaría algo?Tampoco entiendo cómo definirías la escala de SUSY, ¿la electrodébil?
No, no me falta nada, en todo caso sobraria algo. Pero la cuenta es muy rapida, es SU(5) sabor de toda la vida (como digo en el post siguiente). Tu le das a ese SU(5) los sabores tradicionales de isospin up/down, estrañeza, encanto y belleza, y construyes los productos de representaciones y simetrizas: cinco por anti-cinco igual a 24 + 1, y de las 24 salen todos los leptones escalares. Y anticinco por anticinco igual a 15 + 10, y de esas 15 salen los 12 quarks escalares de un color dado. Eso en el lado de sabor. En el lado de color, respectivamente lo que hago es tomar el singlete de color del 3 x /3 =8+1 y el triplete de color del /3 x /3=6+3. Total de particulas escalares que serian supersimetricas a los fermiones del modelo estandar: 24* singlete + 12 * triplete + 12 * antitriplete = 96.
“»Los experimentos del LHC permiten descartar la existencia de cualquier partícula escalar con una masa menor de la mitad de la masa del Higgs (menor de unos 63 GeV)». Bueno, eso de permiten descartar lo pondría en condicional. Aún no se ha medido la anchura total de desintegracion de la nueva partícula. Suponiendo que es ciertamente el bosón de Higgs y su anchura de desintegración corresponde a la predicha por el modelo standard, entonces sí encontraría esa afirmación como verdadera.
Todo interesante excepto lo de Sean Carroll, nunca me ha gustado su blog. Y con lo de los cerebros de Boltzmann, creo que se ha pasado tres pueblos (en mi humilde opinión).
No tengo la menor idea acerca de los cerebros de Boltzmann. Sin entrar en el lío del creacionismo-evolución entiendo que infinitos monos tecleando en un tiempo infinito no hacen otra cosa que mostrarnos (en el presente) un resultado obtenido en el futuro. Esto tiene que ver con las líneas cerradas de tiempo, un evento futuro aparece en el presente. No sé si esto afecta a la estabilidad del universo, pero la línea de tiempo por la que se desliza el observador habitual va del pasado al futuro, en este contexto me pregunto si el Quijote o Hamlet tienen la misma probabilidad de aparecer ahora, en el presente, que lejos en el futuro. Planteado en términos físicos, parece que la resistencia que opone el tiempo a escribir una obra en el presente es la misma que encuentran los infinitos monos que teclean en un tiempo infinito para traer al pasado (nuestro presente) esa obra. Aunque igual me equivoco.
El otro día vi un reportaje en TV en el que una física teórica afirmaba que tal vez la materia oscura simplemente es materia que solo interacciona con la materia ordinaria mediante la gravedad.
Ni electromagnetismo, ni nuclear fuerte ni débil, toma ya, a ver cómo narices se detecta eso.
Eso sin contar con que consigo misma, la MO podría interaccionar de formas desconocidas.
Es como tener la dimensión paralela en casa y nada menos que el 20 o 25% de la materia es esa cosa.
Digo todo esto porque en un artículo de «vamos a contar partículas» aparecía un cuadro muy chulo con las interacciones de la materia, teníamos materia que interacciona mediante las 4 fuerzas, tenemos materia que «pasa» del electromagnetismo y parece que estamos buscando materia que «pase» del electromagnetismo y de la fuerza nuclear fuerte, pero también tiene que haber materia que «pase» de todo menos de la gravedad.
¿Tiene sentido hablar de materia que «pase» de las cuatro fuerzas que conocemos? ¿Esa materia sería algo o no sería nada?
Notengoniidea, es cierto que sabemos con toda seguridad que existe la materia oscura porque interacciona con la gravedad y es cierto que a día de hoy la única interacción demostrada de la materia oscura es con la gravedad. Por tanto tienes razón y en laboratorio debe ser indetectable.
Sin embargo, la mayoría de los físicos creemos que también tiene que interaccionar de otras formas, pero de manera extremadamente débil, con lo que parece que no interacciona. En los experimentos de búsqueda directa de la gravedad se asume que la materia oscura interacciona a través del bosón de Higgs (como mínimo) con la materia ordinaria. En los experimentos de búsqueda en colisionadores se asume que interacciona con el modelo estándar y que una colisión de protones en el LHC, por ejemplo, puede producir estas partículas, aunque de forma muy débil. Podemos estar equivocados, pero los físicos han desarrollado modelos de la materia oscura que explican su interacción observada con la gravedad y su interacción muy débil con el modelo estándar. Cuando se busca materia oscura se buscan las partículas de estos modelos. Podemos estar equivocados y puede que tenga razón la física teórica que mencionas; en dicho caso, tienes razón, nunca sabremos qué es la materia oscura. Pero los modelos de partículas como responsables de la materia oscura son muy «razonables» y en apariencia están bien «justificados» luego decenas de miles de físicos buscan dichas partículas «responsables» de la materia oscura.
En cuanto a tu pregunta final. Se le llama materia oscura como se le podría llamar «filipondrio» y no tiene nada que ver con la materia «ordinaria» (no pienses que el nombre oculta algo más que un nombre, pues se lo dieron cuando se pensaba que la materia oscura eran MACHOs (materia «ordinaria» en objetos compactos que no brilla) y hoy sabemos que no lo son, con gran certeza estadística).
Recién entrando en el tema y con un nivel de física muy lejos del exhibido aquí, quisiera dar una humilde opinión.
Creo que la gran diversidad de teorías, sub teorías, mix de teorías, etc. se explica en parte debido al abuso de los teóricos sobre las matemáticas, sin prestar atención a las implicancias y al trasfondo de los supuestos y correcciones. Evidentemente no es posible adelantar todo el trasfondo o implicancias, sin embargo, a lo que apunto es a que las discusiones se concentran en los modelos, pero no hay preocupación por generar un marco conceptual que ordene el asunto. Tal vez el éxito de jugar con ecuaciones ha vuelto perezosos a los científicos? Bueno, tal vez es un problema moderno en todas partes…
Tal vez esto no es tarea de los físicos, sino de la filosofía, pero sería a mi juicio más enriquecedor tratar que reflexionar las relaciones entre las teorías. Tal vez como pasó con las cuerdas, se dan cuenta que todo esta relacionado… No se si se había descubierto la materia oscura cuando Feinberg habló de los taquiones, pero visto en perspectiva da para pensar que tal vez la solución ya está en una vieja idea o cerca y solo se requiera unir cabos… Sin laboratorio, sin mezclar ecuaciones… Hacerlo como dice la teoría: primero se me ocurrió una idea y después traté de demostrarla con las ecuaciones o con datos medidos.
Saludos
Rodrigo, me parece que sabes poco de física. Todo lo que se te pueda ocurrir a tí ya ha sido estudiado (y publicado). Por ejemplo, los taquiones como materia oscura es una idea muy antigua, que ya sabemos que no funciona (predice un universo diferente del nuestro). En física hay que partir de la realidad. Pensar o soñar no sirve. Hay que analizar los datos que nos ofrece la Naturaleza. El camino fácil, el que recomiendas, no es el buen camino y siempre lleva a callejones sin salida.
Hola, Me estoy iniciando en el campo de la física y me gustaría saber si está demostrado que el Campo de Higgs confiere masa a las partículas.
Gracias.
Gustavo, en física no existe la certeza al 100%, pero hasta donde se ha podido probar a día de hoy el mecanismo de Brout-Englert-Higgs (BEH) mediado por el campo de Higgs confiere masa a todas las partículas que tienen masa, excepto los neutrinos. Por supuesto, solo se han estudiado las de mayor masa, quarks top y bottom, bosones Z y W, y leptón tau, pero todo indica que también se aplica a los demás quarks y leptones. Lo único que ignoramos es si le concede masa a los neutrinos (pues solo conocemos neutrinos de quiralidad izquierda y el mecanismo exige la existencia de neutrinos de quiralidad derecha que no han sido observados); en su caso, lo haría vía un mecanismo tipo balancín (see-saw) que modifica el mecanismo BEH que se usa en el resto de los leptones.