Los valores actuales de la masa del bosón de Higgs y del quark top apuntan a que el universo no es estable, aunque es metaestable. Se publica en Physical Review Letters el cálculo más preciso de la estabilidad del modelo estándar que confirma que es metaestable, pero destaca que la masa del quark top está a solo 1,3 sigmas del valor crítico para la estabilidad. Con gran probabilidad el universo podría ser estable incluso sin necesidad de la existencia de nueva física.
Así lo confirman simulaciones de Montecarlo que tienen en cuenta la incertidumbre de todos los parámetros del modelo estándar. Un resultado sorprendente para muchos físicos ya acostumbrados a la metaestabilidad como señal de que hay algo más allá del modelo estándar. El nuevo trabajo apunta a que un conocimiento más preciso de la masa del bosón de Higgs, de la masa del quark top y de la constante de acoplamiento fuerte podría estabilizar el modelo estándar hasta la escala de energía de Planck. Quizás no solo el universo descrito por el modelo estándar parece estable sino que también lo es.
El artículo es A. V. Bednyakov et al., “Stability of the Electroweak Vacuum: Gauge Independence and Advanced Precision,” Phys. Rev. Lett. 115: 201802, 09 Nov 2015, doi:10.1103/PhysRevLett.115.201802, arXiv:1507.08833 [hep-ph]; más información divulgativa en Alexander Kusenko, “Viewpoint: Are We on the Brink of the Higgs Abyss?,”Physics 8: 108, 09 Nov 2015.
Recomiendo leer “Sobre la estabilidad de nuestro universo,” LCMF, 25 Jul 2015, y “La estabilidad del vacío del modelo estándar,” LCMF, 13 Sep 2012.
El estado del vacío del universo hoy en día corresponde al vacío del modelo estándar a baja energía, que viene determinado por el vacío del campo de Higgs a baja energía. Para estudiar el campo de Higgs a alta energía hay que extrapolar la física del modelo estándar hasta cerca de la escala de Planck; el cálculo no es fácil, requiere usar teoría de perturbaciones a varios lazos (loops) y tener en cuenta la incertidumbre actual de los parámetros del modelo estándar para determinar la evolución del autoacoplamiento del campo de Higgs λ(μ). Bajo estas aproximaciones, hasta ahora, el cálculo sugería que a gran energía se tiene λ(μ)<0 aparecer="" campo="" de="" debe="" decir="" del="" el="" es="" higgs="" inestable="" nbsp="" o="" otro="" se="" span="" style="box-sizing: border-box;" un="" vac="" vuelve="" y="">vacío verdadero
Los acoplamientos de las interacciones gauge del modelo estándar SU(2)I×U(1)Y×SU(3)cdependen de la escala de renormalización μ, sean g(μ), g'(μ) y gs(μ), resp. El autoacoplamiento del campo de Higgs λ(μ) y los acoplamientos de la interacción de Yukawa con cada fermión, yf(μ) también dependen de μ. La evolución de estos parámetros en función de μ se estudia mediante las ecuaciones del grupo de renormalización que dependen de la llamada función beta, β(μ), asociada a cada campo. Para calcular esta función hay que usar teoría de perturbaciones. El resultado depende del orden perturbativo al que se realicen los cálculos. Pero a mayor orden los cálculos son más difíciles de ejecutar porque el número de diagramas de Feynman a considerar crece exponencialmente con el número de lazos (loops).
Hoy en día se conocen todas las funciones beta hasta tres lazos; solo se conocen a cuatro lazos las asociadas a gs(μ) e yq(μ). En los cálculos no entran las masas de las partículas directamente (medidas como una resonancia a cierta energía en los experimentos) sino su valor en los polos del propagador asociado; estos polos para las masas de las partículas se calculan usando teoría de perturbaciones y solo se conocen hasta dos lazos. Como los diferentes parámetros de las ecuaciones del grupo de renormalización se conocen con un número diferente de lazos hay dos opciones: o bien tomar todos los parámetros al menor número de lazos, o bien aplicar técnicas de ajuste autoconsistente. Esta segunda opción es la elegida por Bednyakov y sus colegas en el nuevo artículo para Physical Review Letters.
Bednyakov y sus colegas han usado la incertidumbre de los parámetros del modelo estándar determinada por el Particle Data Group (PDG2014) para estudiar mediante métodos de Montecarlo los valores críticos de la masa del quark top para la estabilidad. El resultado es Mcri,t = (171,54 ± 0,30 +0,26−0,41) GeV que es compatible con la estimación actual de la masa del quark top MMC,t = (173,21 ± 0,87) GeV, ya que difiere en menos de 1,3 sigmas de confianza estadística. Por tanto, el nuevo resultado acerca el modelo estándar a la estabilidad (en física de partículas los efectos a menos de 2 sigmas se consideran irrelevantes). La incertidumbre en los parámetros del modelo estándar tiene un efecto mucho mayor de lo que se pensaba.
Futuros cálculos más precisos y medidas experimentales más precisas de todos los parámetros del modelo estándar tendrán que confirmar la conclusión a la que apunta el nuevo estudio. Pero todo parece que el modelo estándar podría estar justo en el borde entre la estabilidad y la metaestabilidad.
Quizás sea válido hasta muy cerca de la energía de Planck (1,22 × 1019 GeV).
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