Физические приложения асимптотически безопасной гравитации - Physics applications of asymptotically safe gravity

Эта статья посвящена приложениям асимптотической безопасности. Подробное введение в асимптотическую безопасность см. Асимптотическая безопасность в квантовой гравитации.

В асимптотическая безопасность подход к квантовая гравитация дает непертурбативное понятие перенормировка чтобы найти последовательный и прогнозирующий квантовая теория поля из гравитационное взаимодействие и пространство-время геометрия. В его основе лежит нетривиальная неподвижная точка соответствующего ренормгруппа (RG) поток такой, что бегущий константы связи приблизиться к этому фиксированная точка в ультрафиолетовом (УФ) пределе. Этого достаточно, чтобы избежать расхождений в физических наблюдаемых. Более того, у него есть предсказательная сила: обычно произвольная начальная конфигурация констант связи, заданная в некотором масштабе RG, не переходит в фиксированную точку для увеличения масштаба, но подмножество конфигураций может иметь желаемые свойства UV. По этой причине возможно, что - при условии, что конкретный набор соединений был измерен в эксперименте - требование асимптотическая безопасность фиксирует все оставшиеся муфты таким образом, чтобы приблизиться к фиксированной точке UV.

Асимптотическая безопасность, если она реализована в Природе, имеет далеко идущие последствия во всех областях, где следует ожидать квантовых эффектов гравитации. Однако их исследования все еще находятся в зачаточном состоянии. К настоящему времени существует несколько феноменологических исследований, касающихся последствий асимптотической безопасности в физика элементарных частиц, астрофизика и космология, например.

Асимптотическая безопасность и параметры стандартной модели

Масса бозона Хиггса

В Стандартная модель в комбинации с асимптотическая безопасность может быть справедливым до сколь угодно высоких энергий. Исходя из предположения, что это действительно правильно, можно сделать заявление о бозон Хиггса масса.^[1] Первые конкретные результаты были получены Шапошниковым и Wetterich.^[2]В зависимости от знака гравитации аномальный размер ${\displaystyle A_{\lambda }}$ есть две возможности: Для ${\displaystyle A_{\lambda }<0}$ масса Хиггса ${\displaystyle m_{\text{H}}}$ ограничен окном ${\displaystyle 126\,{\text{GeV}}<m_{\text{H}}<174\,{\text{GeV}}}$. Если же, с другой стороны, ${\displaystyle A_{\lambda }>0}$ что является благоприятной возможностью, ${\displaystyle m_{\text{H}}}$ должен принимать значение

${\displaystyle m_{\text{H}}=126\,{\text{GeV}},}$

с погрешностью всего в несколько ГэВ. В этом духе можно считать ${\displaystyle m_{\text{H}}}$ прогноз асимптотической безопасности. Результат удивительно хорошо согласуется с последними экспериментальными данными, измеренными на ЦЕРН посредством АТЛАС и CMS сотрудничество, где ценность ${\displaystyle m_{\text{H}}=125.10\ \pm 0.14\,{\text{GeV}}}$ был определен ^[3].

Постоянная тонкой структуры

Принимая во внимание гравитационную поправку к ходу постоянная тонкой структуры ${\displaystyle \alpha }$ из квантовая электродинамика, Харст и Рейтер смогли изучить влияние асимптотической безопасности на инфракрасное (перенормированное) значение ${\displaystyle \alpha }$.^[4]Они нашли два фиксированные точки подходит для построения асимптотической безопасности, оба из которых подразумевают корректный предел УФ-излучения, не сталкиваясь с Полюс Ландау особенность типа. Первый характеризуется исчезающим ${\displaystyle \alpha }$, а инфракрасное значение ${\displaystyle \alpha _{\text{IR}}}$ - свободный параметр. Однако во втором случае значение фиксированной точки ${\displaystyle \alpha }$ не равно нулю, и его инфракрасное значение является вычислимым предсказанием теории.

В более позднем исследовании Кристиансен и Эйххорн^[5] показали, что квантовые флуктуации гравитации обычно порождают самовзаимодействия для калибровочных теорий, которые должны быть включены в обсуждение потенциального ультрафиолетового завершения. В зависимости от гравитационных и калибровочных параметров они делают вывод, что постоянная тонкой структуры ${\displaystyle \alpha }$ может быть асимптотически свободным и не сталкиваться с Полюс Ландау, в то время как индуцированная связь для калибровочного самодействия не имеет значения, и, следовательно, ее величину можно предсказать. Это явный пример того, как асимптотическая безопасность решает проблему Стандартная модель - тривиальность сектора U (1) - без введения новых свободных параметров.

Асимптотическая безопасность в астрофизике и космологии

Феноменологические последствия асимптотической безопасности можно ожидать также для астрофизика и космология. Бонанно и Рейтер исследовали горизонт структура "ренормгруппа улучшенный" черные дыры и вычислили поправки квантовой гравитации к Температура Хокинга и соответствующие термодинамические энтропия.^[6]Посредством улучшения RG Действие Эйнштейна – Гильберта, Рейтер и Вейер получили модифицированную версию Уравнения Эйнштейна что, в свою очередь, приводит к модификация ньютоновского предела, дающее возможное объяснение наблюдаемой плоской кривые вращения галактики без необходимости постулировать наличие темная материя.^[7]

Что касается космологии, Бонанно и Рейтер утверждали, что асимптотическая безопасность изменяет очень раннюю Вселенную, что, возможно, приводит к разрешению проблемы. горизонт и проблема плоскостности стандартной космологии.^[8] Кроме того, асимптотическая безопасность дает возможность инфляция без необходимости инфлатонное поле (в то время как ведомый космологическая постоянная ).^[9]Было высказано мнение, что масштабная инвариантность связанный с негауссовой фиксированной точкой, лежащей в основе асимптотической безопасности, отвечает за почти масштабную инвариантность первичные возмущения плотности. Вайнберг проанализировал асимптотически безопасную инфляцию различными методами.^[10]

Смотрите также

• Асимптотическая безопасность в квантовой гравитации
• Квантовая гравитация
• УФ фиксированная точка

Рекомендации

1. Callaway, D .; Петронцио, Р. (1987). "Является ли масса стандартной модели Хиггса предсказуемой?" (PDF). Ядерная физика B. 292: 497–526. Bibcode:1987НуФБ.292..497С. Дои:10.1016/0550-3213(87)90657-2.
2. Шапошников Михаил; Веттерих, Кристоф (2010). «Асимптотическая безопасность гравитации и массы бозона Хиггса». Письма по физике B. 683 (2–3): 196–200. arXiv:0912.0208. Bibcode:2010ФЛБ..683..196С. Дои:10.1016 / j.physletb.2009.12.022. S2CID  13820581.
3. П.А. Zyla et al. (Группа данных по частицам), Prog. Теор. Exp. Phys. 2020, 083C01 (2020), https://pdg.lbl.gov/2020/listings/rpp2020-list-higgs-boson.pdf
4. Харст, Ульрих; Рейтер, Мартин (2011). «QED в сочетании с QEG». Журнал физики высоких энергий. 2011 (5): 119. arXiv:1101.6007. Bibcode:2011JHEP ... 05..119H. Дои:10.1007 / JHEP05 (2011) 119. S2CID  118480959.
5. Кристиансен, Николай; Эйххорн, Астрид (2017). «Асимптотически безопасное решение проблемы тривиальности U (1)». Письма по физике B. 770: 154–160. arXiv:1702.07724. Bibcode:2017ФЛБ..770..154С. Дои:10.1016 / j.physletb.2017.04.047. S2CID  119483100.
6. Бонанно, Альфио; Рейтер, Мартин (2000). «Ренормализационная группа улучшила пространственное время черных дыр». Физический обзор D. 62 (4): 043008. arXiv:hep-th / 0002196. Bibcode:2000ПхРвД..62д3008Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.62.043008. S2CID  119434022.
7. Рейтер, Мартин; Вейер, Хольгер (2004). «Бегущая постоянная Ньютона, улучшенные гравитационные воздействия и кривые вращения галактик». Физический обзор D. 70 (12): 124028. arXiv:hep-th / 0410117. Bibcode:2004ПхРвД..70л4028Р. Дои:10.1103 / PhysRevD.70.124028. S2CID  17694817.
8. Бонанно, Альфио; Рейтер, Мартин (2002). «Космология эпохи Планка из ренормализационной группы для квантовой гравитации». Физический обзор D. 65 (4): 043508. arXiv:hep-th / 0106133. Bibcode:2002ПхРвД..65д3508Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.65.043508. S2CID  8208776.
9. Бонанно, Альфио; Рейтер, Мартин (2007). «Энтропийная сигнатура бегущей космологической постоянной». Журнал космологии и физики астрономических частиц. 2007 (8): 024. arXiv:0706.0174. Bibcode:2007JCAP ... 08..024B. Дои:10.1088/1475-7516/2007/08/024. S2CID  14511425.
10. Вайнберг, Стивен (2010). «Асимптотически безопасная инфляция». Физический обзор D. 81 (8): 083535. arXiv:0911.3165. Bibcode:2010ПхРвД..81х3535Вт. Дои:10.1103 / PhysRevD.81.083535. S2CID  118389030.