Multiverso crujiente para resolver dos rompecabezas de física a la vez



En el modelo de D'Agnolo y Teresi, en sus primeros momentos el universo es una colección de muchos universos, cada uno con un valor diferente de la masa de Higgs, incluidos los universos de Higgs de luz. Después de muy poco tiempo, los universos pesados de Higgs colapsan en un gran crujido, mientras que los universos de Higgs ligeros sobreviven a este colapso y se expanden (figura inferior). Crédito: D'Agnolo y Teresi

El descubrimiento del bosón de Higgs fue un hito en la historia de la física. Explicaba algo fundamental: cómo las partículas elementales que tienen masa obtienen sus masas. Pero también marcó algo no menos fundamental: el comienzo de una era de medir en detalle las propiedades de la partícula y descubrir lo que podrían revelar sobre la naturaleza del universo.

Una de esas propiedades es la masa de la partícula, que a 125 GeV es sorprendentemente pequeña. Se han presentado muchas teorías para explicar esta pequeña masa, pero ninguna ha sido confirmada hasta ahora con datos. En un artículo recién publicado en Physical Review Letters,Raffaele Tito D'Agnolo de CEA y Daniele Teresi del CERN proponen una nueva teoría para explicar tanto la ligereza del bosón de Higgs como otro rompecabezas de física fundamental.

En pinceles amplios, la teoría del dúo funciona así. En sus primeros momentos, el universo es una colección de muchos universos, cada uno con un valor diferente de la masa de Higgs, y en algunos de estos universos el bosón de Higgs es luz. En este modelo de multiverso, los universos en los que el bosón de Higgs es pesado colapsan en un gran crujido en muy poco tiempo, mientras que los universos en los que el bosón es ligero sobreviven a este colapso. Nuestro universo actual sería uno de estos universos de Higgs de luz sobrevivientes.
Los universos de Luz-Higgs supervivientes. Crédito: Imagen: D'Agnolo y Teresi

Además, el modelo, que incluye dos nuevas partículas además de las partículas conocidas predichas por el Modelo Estándar, también puede explicar las desconcertantes propiedades de simetría de la fuerza fuerte, que une quarks en protones y neutrones, y protones y neutrones en núcleos atómicos.

Aunque la teoría de la fuerza fuerte, conocida como cromodinámica cuántica,predice una posible ruptura en las interacciones fuertes de una simetría fundamental llamada simetría CP, tal ruptura no se observa en los experimentos. Una de las nuevas partículas en el modelo de D'Agnolo y Teresi puede resolver este llamado problema de CP fuerte, haciendo que las interacciones fuertes CP sean simétricas. Además, la misma nueva partícula también podría explicar la materia oscura que se cree que constituye la mayor parte de la materia en el universo.

El jurado está, por supuesto, deliberando sobre si el nuevo modelo, o cualquiera de los muchos otros modelos que se han propuesto para explicar la masa del bosón de Higgs o el fuerte problema de CP, volará.

"Cada modelo viene con ventajas y limitaciones", dice Teresi. "Nuestro modelo se destaca porque es simple, genérico y resuelve estos dos rompecabezas aparentemente no relacionados a la vez. Y predice características distintivas en los datos de experimentos que tienen como objetivo buscar materia oscura o un momento dipolar eléctrico en el neutrón y otros hadrones".

Otras propuestas teóricas recientes para explicar la masa de Higgs incluyen el modelo de campo de relajación, un nuevo fenómeno en cosmología cuántica, y el modelo egoísta de Higss, por mencionar algunos. Las teorías más antiguas y tradicionales se basan en un bosón de Higgs que sería una partícula compuesta o en un nuevo tipo de simetría llamada supersimetría. Solo el tiempo y los datos dirán cuál de los modelos, si es que hay alguno, tendrá éxito.

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