De la résilience de quelle théorie la masse du boson de Higgs est-elle le nom ?

Bossons sur le boson (7) :

Sur une piste (celle de la sécurité asymptotique) à travers un grand désert phénoménologique avant d'arriver aux hautes énergies ?

We discuss ... the prediction of the Higgs boson mass coming from asymptotic safety of the Standard Model. [...] We find that with the account of existing experimental uncertainties in the mass of the top quark and α_s (taken at 2 sigma level) the bound reads M_H≥M_min (equality corresponds to the asymptotic safety prediction), where M_min=129+-6 GeV. We argue that the discovery of the SM Higgs boson in this range would be in agreement with the hypothesis of the absence of new energy scales between the Fermi and Planck scales. 

Nous discutons ... de la prédiction de la masse du boson de Higgs tirée de l'hypothèse de sécurité asymptotique du Modèle Standard. [...] Nous constatons qu'en tenant compte des incertitudes expérimentales existantes sur la masse du quark top et la constante α_s (prise à un niveau de confiance de 2 sigma) la  M_H≥M_min  (égalité correspond à la prédiction de la sécurité asymptotique), où M_min=129+-6 GeV. Nous soutenons que la découverte du boson de Higgs du Modèle Standard dans cette gamme de masse serait en accord avec l'hypothèse de l'absence d'échelle d'énergie nouvelle entre celles de Fermi et de Planck.

Fedor Bezrukov et al., Higgs boson mass and new physics, 13/05/12

A la frontière d'un plat pays (classiquement conforme) en passant par la brisure d'une symétrie B - L (via un mécanisme de Coleman-Weinberg) ?

The recent discovery of the Higgs-like particle at around 126 GeV has given us a big hint towards the origin of the Higgs potential. Especially the running quartic coupling vanishes near the Planck scale, which indicates a possible link between the physics in the electroweak and the Planck scales. Motivated by this and the hierarchy problem, we investigate a possibility that the Higgs has a flat potential at the Planck scale. In particular, we study the Renormalisation Group analysis of the B-L extension of the standard model with a classical conformality. The B-L symmetry is radiatively broken at the TeV scale via the Coleman-Weinberg mechanism. 

La récente découverte du boson de Higgs autour de 126 GeV nous a donné un indice important sur l'origine du potentiel de Higgs. Surtout le couplage quartique tend vers zéro près de l'échelle de Planck, ce qui indique un lien possible entre la physique électrofaible et les échelles de Planck. Motivés par ce problème et celui de la hiérarchie des masses, nous étudions la possibilité que le boson de Higgs ait un potentiel plat à l'échelle de Planck. En particulier, nous étudions par le moyen du groupe de renormalisation une extension BL du modèle standard avec une symétrie classiquement conforme. La symétrie BL est brisée par des corrections radiatives à l'échelle du TeV via un mécanisme de Coleman-Weinberg.

Satoshi Iso, Yuta Orikasa, TeV Scale B-L model with a flat Higgs potential at the Planck scale -- in view of the hierarchy problem, 10/10/12

Jusqu'à une oasis (presque commutative) pour préparer une longue marche (non commutative celle là) vers une théorie de grande unification avec des neutrinos de Majorana ?

In this paper we thus go one step higher in the construction of the noncommutative manifold, in a sort of noncommutative geometry grand unification. Chamseddine, Connes and Marcolli have shown that the smallest nontrivial almost commutative manifold corresponds to the standard model. Here we consider a larger algebra, that we term grand algebra, which corresponds to a different symmetry. [...]We point out there is a “next level” in noncommutative geometry, but that it is intertwined with the Riemannian and spin structure of spacetime, and therefore it naturally appears at a high scale. The added degrees of freedom are related to the Riemann-spin structure of spacetime, which emerges as a symmetry breaking very similar in nature to the Higgs mechanism. [...]The remarkable added bonus is that the scalar field necessary for the correct mass of the Higgs naturally appears as a fluctuation of the grand algebra with a Majorana mass neutrino term. 

Dans cet article nous franchissons une étape suplémentaire dans la construction d'un espace non commutatif, en pointant vers une sorte de grande unification géométrique non commutative. Chamseddine, Connes et Marcolli ont montré que la plus petite variété presque commutative non triviale correspond au modèle standard. Ici, nous considérons une algèbre plus grande, que nous appelons grande algèbre qui correspond à une symétrie différente. [...] Nous mettons en évidence l'existence d'un "niveau supérieur" dans la géométrie non commutative qui combine les structures Riemanienne et spinorielle de l'espace-temps et qui se manifeste naturellement à une échelle d'énergie élevée. Les degrés de liberté supplémentaires sont liés à cette structure spin-Riemann de l'espace-temps, qui émerge par une brisure de symétrie de nature très similaire au mécanisme de Higgs. [...] Le bonus remarquable est que le champ scalaire nécessaire à l'obtention d'une valeur de masse correcte du boson de Higgs apparaît naturellement comme une fluctuation non commutative de la grande algèbre et donne un terme de masse de Majorana aux neutrinos.

Agostino Devastato, Fedele Lizzi, Pierre Martinetti, Grand Symmetry, Spectral Action, and the Higgs mass, 1/04/13

Vers un monde à la gravité supersymétrique et sans échelle (issue d'une compactification de théorie des cordes) en deçà de celle de Planck ?

We propose a minimal model framework for physics below the Planck scale with the following features: (i) it is based on no-scale supergravity, as favoured in many string compactifications, (ii) it incorporates Starobinsky-like inflation, and hence is compatible with constraints from the Planck satellite, (iii) the inflaton may be identified with a singlet field in a see-saw model for neutrino masses, providing an efficient scenario for reheating and leptogenesis, (iv) supersymmetry breaking occurs with an arbitrary scale and a cosmological constant that vanishes before radiative corrections, (v) regions of the model parameter space are compatible with all LHC, Higgs and dark matter constraints.  

Nous proposons un modèle minimal pour la physique en dessous de l'échelle de Planck avec les caractéristiques suivantes : (i) il est basé sur la supergravité sans échelle qui est attendue dans de nombreuses théories de cordes avec compactification, (ii) il intègre un modèle d'inflation du type Starobinsky et est donc compatible avec les contraintes du satellite Planck, (iii) l'inflaton peut être identifié avec un champ singulet dans un modèle de bascule pour expliquer la masse des neutrinos et fournit un scénario efficace pour  les phases cosmologiques de réchauffement et de leptogénèse, (iv) la brisure de la supersymétrie se produit à une échelle arbitraire et une constante cosmologique qui disparaît avant corrections radiatives, (v) les régions de l'espace des paramètres du modèle sont compatibles avec toutes les contraintes liées aux phénoménologies du LHC, du Higgs et  de la matière noire.

John Ellis, Dimitri V. Nanopoulos, Keith A. Olive, A No-Scale Framework for Sub-Planckian Physics 17/10/13

Peut-on avoir un point de vue quantique cohérent sur le plus dense/grand objet d'étude de la physique classique : le trou noir/l'Univers ?

Les électrons en chute libre rêvent-ils de gravité quantique? (2)*

* On rappelle que cette rubrique est consacrée à la présentation d'articles portant sur la gravité quantique.

Portrait (quantique) du trou noir en condensat (de gravitons?)

L'extrait qui suit est tiré d'un article très spéculatif du physicien théoricien (n'ayons pas peur des pléonasmes) Gia Dvali, connu pour être une remarquable boîte à idées, ce que le blogueur aime à décrire comme une curiositête ;-)

In our picture the following simple quantum portrait of the black hole emerges which does not rely on any classical geometric characteristics, such as horizon. Instead, it is fully characterized by a single quantum parameter N. For us the black hole is a bound-state (Bose-condensate) of N weakly-interacting gravitons of characteristic wave-length, 

λ = (√N)Lp.         (23) 

The quantum interaction strength between individual gravitons is weak and is given by :

α = 1 / N.             (24) 

Correspondingly the mass of the bound-state approximately is given by the sum of energies of individual quanta,               

M = (√N)ℏ / L_p.   (25) 

Notice, that in large N limit, in which the geometric picture is a good approximation, the wavelength can be used as the characteristic size of a black hole, and the horizon area scales as λ² = N L_p². This creates an impression that the horizon represents a collection of N cells of Planck size area. Correspondingly the expression for the mass (25) creates an impression that the mass of a black hole is composed out of N Planck wave-length quanta. Thus, in the geometric limit one may conclude that these scaling laws indicate that black hole horizon could secretly represent a probe of Planck-scale physics. In reality this is just an ”optical illusion” as it is clearly indicated by equations (23) and (24). For large N, the black hole is a quantum bound-state of very soft and very weakly-coupled quanta, and by no means it represents any better probe of Planck scale physics than other macroscopic objects.

Gia Dvali and Cesar Gomez, Black Hole's Quantum N-Portrait, 14/12/2011

Les idées développées dans cet article et d'autres de Dvali et ses collaborateurs ont aussi été discutées sur le site de la revue Nature. Qu'aurait pensé Einstein d'une telle hypothèse heuristique ? Le blogueur serait bien présomptueux de prétendre offrir une réponse à une telle question. Il se contentera de rappeler deux points d'importance respectivement épistémologique et historique :

•  la condensation de Bose dont il est question dans le texte est en fait celle de Bose-Einstein et c'est bien à ce dernier qu'on doit l'idée remarquable d'une transition de phase associée à la condensation d'un nombre macroscopique de bosons dans un unique état quantique, idée développée dans un article de 1924 soit non seulement environ 70 ans avant la confirmation expérimentale indiscutable de cette spéculation (pour des bosons de spin 1 : des atomes froids pour être précis), mais avant même que les bases de la mécanique quantique ne soient entièrement posées (l'équation de Schrödinger date de 1925 !). On ne peut que souhaiter à Gia Dvali une aussi bonne fortune ;
• le concept de trou noir n'était semble-t-il pas très apprécié d'Einstein alors qu'il est présenté comme une des consèquences les plus remarquables de sa théorie de la gravitation ; mais n'est ce pas une attitude similaire que le grand physicien avait également pour certaines conséquences de la mécanique quantique dont il est aussi l'un des pères fondateurs ?

Portrait (quantique) de l'Univers (observable) en trou noir classique 

Voici un extrait de la conclusion d'un article étonnnant écrit il y a quelques temps par Pierre Binétruy, actuel directeur de l'unité mixte de recherche AstroParticule et Cosmologie.  

... we propose to identify the presently observable universe to the same Bose-Einstein condensate of gravitons that describes a black hole. This seems at first to contradict our view of a black hole as a very dense object, but one should remember that the density of a black hole decreases as the inverse square of its radius. Indeed, the density of the presently observable universe (of radius H₀⁻¹) has the right order of magnitude. Moreover, it appears plausible that the Universe, when we observe it, is a self-sustainable condensate of gravitons with a classical behaviour. This is exactly what is a black hole, only at a different length scale.

This allows us to understand the order of magnitude of the vacuum energy density, in agreement with observation. The value obtained is such because the observed universe is large. This provides a new twist to the question “Why does vacuum energy become dominant now?” and correspondingly a different solution to this problem. We focused in this paper on the main component of the Universe i.e. dark energy (which, in our case, is vacuum energy). This departs from the standard attitude which, for historical reasons, considers dark energy as an “extra” component. To us, it appears that one should first explain the dark universe before addressing the question of luminous matter, which appears to be a detail (though an important one) in the present Universe.

Pierre Binétruy, Vacuum energy, holography and a quantum portrait of the visible Universe, 22/08/2012

//traduction et développements supplémentaires à suivre ... 

Faut-il (peut-on) renormaliser {non perturbativement} la théorie quantique de la gravitation ou la "classicaliser" [par condensation macroscopique de gravitons]?

La réponse d'...

... une physicienne philosophe
http://arxiv.org/pdf/1212.0454.pdf
... un physicien {mathématicien}
http://arxiv.org/abs/0805.4545
... un physicien [théoricien]
http://arxiv.org/abs/1006.0984

C'était la sélection toute personnelle du périphysicien (blogueur ;-)

//travail d'édition mineur le 11/12/13

Où trouver des réponses à l'ère de la physique post-moderne?

Bossons sur le boson (6)

En posant une question pointue sur le forum 2.0 : Physics Stack Exchange ...

Is the 125 GeV Higgs boson some kind of a “almost-commutative graviton” at the electroweak scale?

The clumsy "almost-commutative graviton" is provocative. I use it on purpose, to ask two questions in one :

• Is the observation of only one Higgs and no supersymmetric particle below 8 TeV (up to now) a sufficient evidence to substantiate the almost commutative spectral model?

• Can physicists consider now this kind of models pioneered by Connes and Chamseddine to be an effective (physical) and not only formal tentative unification of gravitation and Yang-Mill-Higgs interactions?

Recent developments of the almost-commutative spectral model regarding the Higgs boson and its mass:

Grand Symmetry, Spectral Action, and the Higgs mass /Devastato, Lizzi and Martinetti 2013;

Asymptotic safety, hypergeometric functions, and the Higgs mass in spectral action models /Estrada and Marcolli 2012;

Noncommutative Geometry in the LHC-Era /Stephan 2013. 

Last comments:

(motives for "graviton" as a metaphore and "almost commutative" as a pedagogical reminder)

I know that graviton is a spin 2 gauge boson associated to the gravitational field in a tentative quantification of general relativity. In the framework of Quantum Field Theory it is thus an object independant a priori from the Higgs that is a scalar boson responsible for masses of elementary particles from the Standard Model. Nevertheless I remind that Higgs interaction can be considered as derivated from gravitation in the noncommutative geometric setting (following Thomas Schücker).

The adjective almost-commutative has a precise technical meaning but I use it also in my question to underline the fact that in any theoretical framework non-commutativity is a necessary but not sufficient tool to describe quantum phenomena, therefore it is clear that gravitation has not been quantized yet!

laboussoleestmonpays, question posée le 20 / 06 / 2013

... ou en lisant un roman-thriller de science-fiction disponible en ligne ?

Lentement, elle réalise que ce qui la dérange ne vient pas de l’extérieur, mais de l’intérieur : un murmure un peu confus, qui l’incite à repenser à son sujet de recherche actuel : le Big Broson…

Après tout, en voilà un objet pesant ! se dit-elle. En gros, sa masse devrait être un milliard de fois plus grande que celle du boson de Higgs. Au fait, pourquoi avoir été si paresseux en l’appelant seulement Higgs, alors que Brout et Englert en sont eux aussi les inventeurs? Quelques syllabes de plus à prononcer auraient-elles épuisé les gens ? Sa pensée chemine plus libre que si elle était vraiment éveillée et elle se laisse guider par cette gêne qu’elle a ressentie : si le « Big Broson » est si lourd, c’est qu’il joue un rôle essentiel pour donner aux neutrinos* une masse si petite qu’elle est presque impossible à mesurer ; subtil mécanisme, bien connu des physiciens qui l’appellent « mécanisme de la balançoire » : une masse énorme peut être à l’origine d’une masse minuscule. Bien, soit, mais le « Big Broson » n’est pas comme les autres et fait vraiment partie de la gravitation, il faut en tirer toutes les conséquences !

Alain Connes, Danye Chéreau et Jacques Dixmier, Le Théâtre quantique, Mai 2013