Universo sem fraqueza - Weakless universe

Um universo fraco é um universo hipotético que não contém interações fracas , mas é muito semelhante ao nosso próprio universo.

Em particular, um universo fraco é construído para ter física e química atômica idênticas à física e química atômica padrão. A dinâmica de um universo fraco inclui um período de nucleossíntese do Big Bang , formação de estrelas, estrelas com combustível suficiente para queimar por bilhões de anos, síntese nuclear estelar de elementos pesados e também supernovas que distribuem os elementos pesados ​​no meio interestelar.

Motivação e antrópica

A força da interação fraca é um problema notável na física de partículas moderna . Uma teoria deveria explicar idealmente por que a interação fraca é 32  ordens de magnitude mais forte que a gravidade ; isso é conhecido como problema de hierarquia . Existem vários modelos que tratam do problema da hierarquia de uma forma dinâmica e natural, por exemplo, supersimetria , tecnicolor , dimensões extras empenadas e assim por diante.

Uma abordagem alternativa para explicar o problema da hierarquia é invocar o princípio antrópico : presume-se que existem muitas outras partes do universo (ou multiverso ) em que a física é muito diferente. Em particular, pode-se supor que a “ paisagem ” de universos possíveis contém aqueles em que a força fraca tem uma força diferente da nossa. Em tal cenário, os observadores provavelmente evoluiriam onde quer que pudessem. Se a força observada da força fraca é vital para o surgimento de observadores, isso explicaria por que a força fraca é de fato observada com essa força. Barr e outros argumentaram que, se apenas permitirmos que a escala de quebra de simetria eletrofraca varie entre os universos, mantendo todos os outros parâmetros fixos, a física atômica mudaria de maneiras que não permitiriam a vida como a conhecemos.

Argumentos antrópicos foram recentemente estimulados pela compreensão de que a teoria das cordas tem muitas soluções possíveis, ou vácuo, chamado de “ paisagem das cordas ”, e pela previsão de Steven Weinberg da constante cosmológica pelo raciocínio antrópico.

O universo hipotético sem a interação fraca deve servir como um contra-exemplo para a abordagem antrópica do problema da hierarquia. Para este “ universo sem fraco ”, outros parâmetros são variados conforme a escala de quebra eletrofraca é alterada. Na verdade, a teoria das cordas implica que a paisagem é muito grande e diversa. A habitabilidade ostensiva do universo sem fraqueza implica que o raciocínio antrópico por si só não pode explicar o problema da hierarquia, a menos que o vácuo disponível na paisagem seja severamente restringido por algum outro motivo.

Obstáculos

Estrelas fracas

Um dos maiores obstáculos para um universo sem fraqueza habitável é a existência necessária de estrelas. As estrelas da sequência principal fundem dois prótons em deutério como primeira etapa, que ocorre por meio de interações fracas. No universo fraco de Harnik, Kribs e Perez, isso é superado garantindo uma alta proporção de deutério para hidrogênio durante a Nucleosíntese do Big Bang (BBN). Isso permite que estrelas de vida longa sejam alimentadas pela queima direta de deutério-próton até o hélio, que ocorre por meio de fortes interações. A alta proporção inicial de deutério / hidrogênio (~ 1: 3 em massa) é organizada simplesmente reduzindo a proporção geral de bárions para fótons, o que permite que o deutério BBN seja produzido a uma temperatura mais baixa, onde a barreira de Coulomb protege o deutério da fusão imediata em 4
Ele .

Abundância de oxigênio

Outro problema potencial para um universo sem fraqueza é que as explosões de supernovas são necessariamente sem neutrinos. A eficiência resultante de produção e dispersão de elementos pesados ​​(em particular, oxigênio) no meio interestelar para posterior incorporação em planetas habitáveis ​​foi questionada por Clavelli e White.

Bariogênese

A bariogênese e a leptogênese dentro do Modelo Padrão dependem da interação fraca: para que a matéria não seja eliminada pela antimatéria no universo primordial, o universo deve ter que começar com uma quantidade diferente de cada (ou seja, bárion inicial diferente de zero número), ou admitir as condições de Sakharov para a bariogênese. Neste último caso, existem duas opções:

  • A conservação do número bariônico é interrompida perturbativamente , de modo que o Lagrangiano inclui interações não conservadoras de número bariônico explícitas. Para evitar o rápido decaimento do próton , essa interação deve ser com partículas pesadas e exóticas que também são criadas abundantemente no universo e interagem de maneiras peculiares com a matéria bariônica, ou muito fracas, ou ambas. Se as partículas que interagem com os bárions não estão interagindo fortemente (e / ou eletromagneticamente), a interação forte (e / ou interação eletromagnética) tem que ser parte de uma simetria de calibre maior, espontaneamente quebrada.
  • A conservação do número bariônico é interrompida de forma não perturbativa, ou seja, por anomalia quântica . Pelo menos um desses mecanismos é a anomalia quiral , que requer a existência da interação fraca, ou pelo menos algo muito semelhante a ela:
    • Deve haver uma interação de calibre quiral, onde os férmions estão em sua representação fundamental.
    • Para não ser ele próprio anômalo (já que a anomalia de interação do calibre leva à inconsistência), o grupo de calibre é altamente restrito, com a simetria SU (2) sendo a única opção entre os grupos SU (N).
    • Os termos de massa quebram a simetria quiral, portanto, para que as massas bárions sejam possíveis, a interação do calibre quiral deve ser quebrada espontaneamente, levando a um mecanismo de Higgs .
    • Uma vez que os grupos de medidores eletromagnético e forte também precisam ser não anômalos, isso leva a restrições adicionais. Por exemplo, se a soma das cargas eletromagnéticas de todos os tipos de quark for positiva (mais geralmente, diferente de zero), então deve haver partículas adicionais carregadas negativamente, acopladas ao grupo de calibre quiral, que também será criado durante a bariogênese - a saber, os léptons.

Harnik, Kribs e Perez argumentam que o modelo padrão também não explica o tamanho observado da assimetria bárion, e que seu modelo de universo sem fraqueza focaliza apenas o tempo em que a assimetria já existe.

Referências

links externos