Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: From Big to Small: The Hierarchy Problem in Physics

От большего к меньшему: проблема иерархии в физике

Стандартная модель физики элементарных частиц имеет поразительный успех, однако она не отвечает на все вопросы, которые ставит перед ней физика.

Одним из главных остающихся вопросов является проблема иерархии, которая ищет объяснение для разнящихся величин, с которыми Стандартная модель предлагает работать физикам.

Многие физики чувствуют, что теория струн в конечном счёте сможет успешно разрешить проблему иерархии.

К примеру, если учитывать теоретический бозон Хиггса (и оба типа W-бозонов), Стандартная модель физики элементарных частиц имеет 18 элементарных частиц.

Массы этих частиц не предсказываются Стандартной моделью.

Физики должны выяснить их при помощи экспериментов и подставить в уравнения, чтобы всё правильно работало.

Если вы снова взглянете на таблицу 8-1, то заметите три семейства частиц среди фермионов, выглядящие так, будто включают в себя множество ненужного дублирования.

Если у нас уже есть электрон, зачем природе необходимо иметь и мюон, который в 200 раз тяжелее?

Почему существует так много видов кварков?

Кроме того, если взглянуть на шкалу энергии, связанную с квантовой теорией поля Стандартной модели, как показано на рис. 8-5, может возникнуть даже больше вопросов.

Почему здесь присутствует разрыв в 16 порядков (16 нулей!) между значением интенсивности энергии Планка и значением слабого взаимодействия?

В самом низу этой шкалы находится энергия вакуума - энергия, которая создаётся странным квантовым поведением в пустом пространстве - порождающимися виртуальными частицами и бушующими из-за принципа неопределённости флуктуациями квантовых полей.

Проблема иерархии возникает потому, что основные параметры Стандартной модели ничего не говорят об этих масштабах энергии.

Кроме того, что физики должны вручную внести в теорию информацию о частицах и их массе, им также необходимо составить самим и шкалу энергии.

Фундаментальные принципы физики не сообщают учёным, как плавно перейти от разговоров о масштабах слабого взаимодействия к разговорам о масштабах Планка.

Как я объясняю в главе 2, попытка объяснить "разрыв" в значениях между слабым взаимодействием и энергией Планка является одним из главных движущих факторов для исследования теории квантовой гравитации в целом и теории струн в частности.

Многие физики хотели бы иметь единственную теорию, которая была бы применима на всех масштабах, без необходимости перенормировки (математического процесса избавления от бесконечностей), или, по крайней мере, понять, какие свойства природы определяют правила, работающие для разных масштабах.

Другие учёные вполне довольны и перенормировкой, которая была главным инструментом физики приблизительно в течение 40 лет и применима практически к каждой задаче, над которой работают физики.

Рисунок 8-5. Проблема иерархии в физике связана с огромным разрывом между значениями слабого взаимодействия и планковскими длины и энергии.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145381

Переводчики: ilves_ArtO