A teoria das cordas e o problema da hierarquia em física

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Muitos físicos acham que a teoria das cordas acabará por ser bem sucedido em resolver o problema da hierarquia do modelo padrão da física de partículas. Embora seja um sucesso surpreendente, o Modelo Padrão não respondeu a todas as perguntas que a física mãos para ele. Uma das principais questões que resta é a problema da hierarquia, que busca uma explicação para os diversos valores que o modelo padrão permite que os físicos trabalhar.

Por exemplo, se você contar o bóson de Higgs teórica (e ambos os tipos de bósons W), o Modelo Padrão da física de partículas tem 18 partículas elementares. As massas de estas partículas não são previstos pelo modelo padrão. Os físicos tinham de encontrá-los pela experiência e ligá-los nas equações para obter tudo para dar certo.

Você percebe três famílias de partículas entre os férmions, o que parece como um monte de duplicação desnecessária. Se já temos um elétron, por que a natureza precisa ter um múon que é 200 vezes mais pesado? Por que temos tantos tipos de quarks?

Além disso, quando você olha para as escalas de energia associados com as teorias quânticas de campos do Modelo Padrão, como mostrado na figura, ainda mais perguntas podem ocorrer a você. Porque é que existe uma lacuna de 16 ordens de magnitude (16 zeros!) Entre a intensidade da energia escala de Planck ea escala fraco?

Na parte inferior desta escala é o energia vácuo, que é a energia gerada por todo o estranho comportamento quântico no espaço vazio - partículas virtuais explodindo em existência e campos quânticos flutuação descontroladamente devido ao princípio da incerteza.

O problema hierarquia ocorre porque os parâmetros fundamentais do Modelo Padrão não revelam nada sobre estas escalas de energia. Assim como os físicos têm de colocar as partículas e as suas massas na teoria à mão, também têm eles tiveram que construir as escalas de energia com a mão. princípios fundamentais da física não dizem cientistas como fazer a transição suave de falar sobre a escala fraco para falar sobre a escala de Planck.

Tentando entender o “gap” entre a escala fraco e escala de Planck é um dos principais fatores que motivam a tentar procurar uma teoria quântica da gravidade, em geral, e a teoria das cordas, em particular.

Muitos físicos gostaria de uma única teoria que poderia ser aplicado em todas as escalas, sem a necessidade de renormalização (o processo matemático de remoção de infinidades), ou pelo menos entender o que propriedades da natureza determinam as regras que funcionam para diferentes escalas. Outros são perfeitamente feliz com renormalization, que tem sido uma grande ferramenta da física por quase 40 anos e funciona em praticamente todos os problemas que os físicos funcionar.