4 votos

A medida que el universo se expande, ¿tenemos alguna razón para sospechar una mayor separación de las fuerzas/interacciones fundamentales?

En algún momento, las cuatro fuerzas fueron una sola. (otra pregunta: ¿qué significa eso exactamente?). En algún momento la gravedad y la fuerza fuerte se separaron dejando la fuerza electrodébil. Luego la fuerza electrodébil se separó para convertirse en la fuerza electromagnética y la fuerza débil.

Supongo que no hemos terminado con las transiciones de fase. Entonces, ¿hay alguna razón teórica para creer que no habrá más separaciones? Por ejemplo, la fuerza electromagnética se separa en dos fuerzas.

¿Cómo sabemos que una fuerza es "fundamental" y no separable?

Una pregunta relacionada: ¿Qué significa decir que "las fuerzas fundamentales de la naturaleza estaban unificadas"?

5voto

Kyle Boon Puntos 2452

La unificación electrodébil se rompe cuando la temperatura es lo suficientemente baja como para que el campo de Higgs se asiente en su estado básico. El estado básico del campo de Higgs está cargado bajo el "isospín débil" y la "hipercarga", lo que hace que las partículas de la fuerza débil adquieran masa y que sólo el fotón quede sin masa.

En la mayoría de las teorías, la gran unificación, que uniría la fuerza fuerte con la fuerza electrodébil, también se rompe por algún tipo de campo de Higgs, pero que entra en su estado básico a temperaturas mucho más altas. Así, cuando el universo pasa de caliente a frío, primero el campo de Higgs superpesado se relaja a su estado básico y rompe la gran unificación, y después el campo de Higgs estándar se relaja a su estado básico y rompe la unificación electrodébil.

No hay ninguna razón real para esperar que se rompa más la simetría, pero esta Pequeño papel impar explora las posibilidades.

2voto

flippiefanus Puntos 1

Quizás sea un poco engañoso pensar en estas separaciones de fuerzas como acontecimientos históricos. Sí, si se extrapola hacia atrás, se puede obtener una época en la que la temperatura era superior a las escalas de energía donde aparecen estas separaciones. Sin embargo, estas separaciones se rigen fundamentalmente por la escala de energía y no por la temperatura.

Hoy tenemos acceso a energías que abarcan un gran número de escalas, hasta justo por encima de la escala electrodébil, con la ayuda del LHC. En el lado inferior, podemos enfriar las cosas justo por encima de la temperatura cero absoluta. Así que si las fuerzas se separaran más, probablemente ya lo habríamos visto.

Además, desde una perspectiva teórica, sabemos que la fuerza electromagnética no puede separarse más. Cuando las fuerzas se separan en fuerzas diferentes debido a alguna ruptura de simetría, tuvieron que provenir de diferentes grados de libertad, existentes en la fuerza original. Las fuerzas en las escalas de energía más altas son fuerzas gauge no abelianas. Como tales, contienen tantos grados de libertad como bosones gauge existen. Cuando se produce la ruptura de la simetría, algunos de estos bosones gauge comienzan a comportarse de forma diferente a los demás. Algunos pueden volverse masivos, como en la ruptura de la simetría electrodébil.

En el caso de la fuerza electromagnética, sólo queda un bosón gauge: el fotón. Así que ya no se pueden obtener fuerzas diferentes del electromagnetismo. Lo único que puede ocurrir es que el fotón se vuelva masivo (como en el caso de la superconductividad). Por debajo de la escala de esta masa, la fuerza desaparecería efectivamente.

2voto

Joe Liversedge Puntos 2134

En algún momento, las cuatro fuerzas fueron una sola.

Esto es especulativo. Por ejemplo, es cierto en la teoría de cuerdas, pero la teoría de cuerdas es probablemente errónea.

Otros probablemente podrán dar una respuesta más definitiva, pero creo que básicamente la razón por la que la fuerza débil se separó de la fuerza electrodébil es que hay una temperatura correspondiente a las masas de los bosones W y Z, aproximadamente $10^2$ GeV. (Las escalas de energía pueden relacionarse con las temperaturas a través de la constante de Boltzmann.) Cuando la temperatura se sitúa por debajo de ese punto, se produce una transición de fase. Si hubiéramos sido seres inteligentes que vivieron cuando el universo estaba más caliente que $10^2$ GeV, podríamos haber construido el modelo estándar, haber medido las masas de la W y la Z, y haber anticipado que se produciría la transición de fase. El modelo estándar no tiene otros bosones fundamentales cuyas masas sean distintas de cero pero menores que las de la W y la Z, así que no creo que debamos esperar que ocurra algo así.

2 votos

La transición de fase se produce porque el campo de Higgs se relaja hasta su mínimo. Sin Higgs, no hay transición de fase

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X