Dans l'ascension (en solo) vers les cimes de la connaissance il faut savoir s'alléger de quelques idées préconçues mais ...

Sans commentaire // ou presque (19^ème épisode)

Il ne faut peut-être pas jeter la naturalité avec le sac de cordes noeuds du multivers

//Le site Edge.org qui se propose de faire réfléchir de brillants esprits sur les limites des savoirs actuels posait cette année la question suivante : "Quelle idée scientifique est bonne pour la retraite?" (WHAT SCIENTIFIC IDEA IS READY FOR RETIREMENT?). Voici la réponse de Peter Woit, célèbre pourfendeur des théories des cordes qui endosse son cheval de bataille habituel en l'abordant à travers le prisme de la naturalité : 

The period around 1974 brought us not only string theory, grand unification, and supersymmetry, but also something called the "naturalness" argument. The idea here is that our best model of particle physics, the Standard Model, is just an "effective theory", an approximation valid only at observable distance scales. Ken Wilson taught us how to use the "renormalization group" to not only extrapolate the behavior of a theory to short distances we can't observe, but also how to run this backwards, finding an effective theory for a fundamental theory defined at unobservably small distances. In a technical sense, "natural" theories are the ones where what we see is insensitive to the details of what happens at short distances. "Naturalness" became part of the speculative picture born in the 1974-era: complicated new physics involving unobserved strings and superpartners could be postulated at very short distances, with a "natural" theory all that is visible to us. In this picture it is technical "naturalness" which ensures that we can't see any of the complexities introduced by unobservably small strings or superpartners. [...]

The observation at the LHC of the Higgs, but no superpartners, has caused great consternation among theorists. Something has happened that should not have been possible according to the forty-year-old reasoning now well-embedded in textbooks. Arguments are being made that this is yet more evidence for the multiverse. In this "anthropic" view, anything goes at short distances for bubble-universes elsewhere in the multiverse, but we see something "unnaturally" simple in our bubble-universe because otherwise we wouldn't be here. The rise of such reasoning shows that sending the "naturalness" argument into retirement (along with the epicyclic complexity of strings and superpartners) is now something long overdue.  

La période autour de 1974 nous a apporté non seulement la théorie des cordes, la grande unification et la supersymétrie, mais aussi quelque chose que l’on appelle l'argument « de naturalité ». C’est l’idée selon laquelle notre meilleur modèle de la physique des particules, le modèle standard, est seulement une « théorie effective », une approximation valable uniquement pour les échelles de distances observables. Ken Wilson nous a appris à utiliser le « groupe de renormalisation » non seulement pour extrapoler le comportement d'une théorie à des distances plus petites, que nous ne pouvons pas observer, mais aussi pour faire fonctionner le mécanisme à l’envers, c’est à dire trouver la théorie effective associée à une théorie fondamentale définie seulement à une échelle de distances inobservable. Dans un sens technique, les théories «naturelles» sont celles pour lesquelles ce que nous observons est insensible aux détails de ce qui se passe aux distances plus courtes. "Le critère de naturalité" fait partie intégrante de la conception spéculative née avec  cette ère qui a débutée en 1974 : celle d’une nouvelle physique complexe qui postule l’existence de cordes et de particules supersymétriques à des échelles spatiales très petites, avec une théorie "naturelle" à notre échelle. Dans cette vision, est techniquement  «naturel » ce qui nous prémuni contre la mise en évidence de la complexité introduite par ces cordes et autres superparticules indiscernables. [ ... ]

L'observation au LHC du boson de Higgs et l’absence concomitante de superparticules a causé une grande stupeur parmi les théoriciens. Quelque chose s'est passé qui n'aurait pas dû être possible selon le raisonnement suivi ces quarante dernières années et maintenant intégré jusque dans les manuels des étudiants. Des arguments sont déployés pour dire que c'est là une preuve de plus pour l’idée du multivers.  Selon ce  point de vue « anthropique » n’importe quoi survient à courte distance dans les autres univers-bulles qui peuplent le multivers, mais nous-mêmes observons quelque chose d’ « anormalement » simple dans notre univers-bulle car sinon nous ne serions pas là. L’avènement d'un tel raisonnement montre que la mise à la retraite de cet argument de «naturalité» (comme l’abandon de la complexité des cordes et des particules supersymétriques qui rappellent celle des épicycles) est maintenant quelque chose attendu depuis longtemps.

 Peter Woit, The "Naturalness" Argument, janvier 2014

Changer d'abord sa vision de l'espace et du temps et renverser peut-être les hiérarchies 

//La naturalité est un concept scientifique aux multiples facettes (déjà évoqué sur ce blog) dont le texte de Woit ne donne qu'un aperçu très partiel sinon un peu partial, aussi pour compenser ce biais voici un autre point de vue d'une physicienne expérimentatrice cette fois qui recoupe partiellement le point de vue de Woit mais l'enrichit (ou l'explicite davantage) par une critique plus large de la conception actuelle de l'espace-temps de la physique.

Naturalness, hierarchy and space-time as invoked today in physics, will be retired sooner than later. The naturalness "strategy" and hierarchy "problem" for building models towards theories that extend the standard model of particles and their interactions (call it STh, standard theory a la David Gross) are crumbling with the measurements of the newly discovered Higgs-like boson. [...] So, the slavery of the need to be "natural", not "finely-tuned" (very subjective notions that we should have objected to, much earlier) is being lifted as we speak, and the road to high energy might be surprisingly more complex than what we were envisioning. Towards the end of the road, and there may be none such if the road curves back at us, there is gravity or space-time that enters the mix of physics notions that are hairy and loopy and we have to upgrade them if not retire them altogether. On related physics ideas, the notions about the particle nature of dark matter might also crumble. Some big revolutions (and discoveries) are in store regarding fundamental notions of our quantum universe.  

Les concepts actuels de naturalité, de hiérarchie et d'espace - temps qui sont invoqués en physique, seront abandonnés plus tôt qu’on ne pense . La « stratégie » de la naturalité et le « problème » de la hiérarchie invoqués dans la construction de modèles pour les théories qui vont au-delà du modèle standard des particules et de leurs interactions (appelons le ThS pour Théorie Standard à la David Gross) sont en train de s'effondrer avec les mesures effectuées sur la particule du type boson de Higgs récemment découverte. [ ... ] Ainsi, l’exigence de soumission au critère de « naturalité » et d’aversion pour les « réglages fins » (notions très subjectives auxquelles nous aurions dû faire des objections beaucoup plus tôt) est en train d’être levée au moment où nous parlons et la route vers les hautes énergies pourrait bien être étonnamment plus complexe que ce que nous envisagions. Au bout du chemin, et il pourrait bien ne pas y en avoir si le dit chemin se courbe tant qu’il fait demi-tours, il y a la gravité ou l'espace-temps qu’il va falloir marier avec des notions physiques un peu folles ou tirées par les cheveux et il faudra alors mettre à jour les premières sinon les abandonner tout à fait.

A propos de concepts physiques voisins, il se pourrait bien que la notion de particule de matière noire soit sur le point de s’écrouler. Il y a pas mal de grandes révolutions (et  de découvertes) en germes pour ce qui touche aux notions fondamentales de notre univers quantique.

Maria Spiropulu, Naturalness, Hierarchy And Space-Time, janvier 2014

Si tous les chemins mènent à Rome, un homme seul ne peut prétendre se les représenter tous et encore moins chacun les parcourir
//La référence "en solo" mentionnée entre parenthèses dans le titre de ce billet est une remarque de bon sens pour rappeler qu'un individu sur la voix d'une découverte majeure doit souvent renoncer à une représentation passée, une idée préconçue pour monter plus haut que ses contemporains et accéder ainsi à une meilleure compréhension du monde en réalisant la première ascension de telle ou telle montagne-problème. Néanmoins je pense aussi qu'il ne faut pas perdre de vue que la science est également une aventure et une construction collective. Une fois le sommet vaincu et une nouvelle vallée contemplée, d'autres sauront reprendre le flambeau des idées abandonnées pour découvrir : qui de nouvelles voix d'accès au sommet, qui de plus modestes cols pour accéder à la vallée de la Nouveauté afin de l'exploiter à son tour ... à la recherche des prochains massifs de l'Inconnu. 

Le zitterbewegung est(-il) un mouvement quantique (réel?) [une série de rebonds sur le vide du champ de Higgs] {entre les deux feuillets d'un espace non commutatif} imaginaire

Bossons sur le boson (8^ème épisode)
//ce billet a été légèrement retouché le 17/11/2019 (titre & ajout d'un paragraphe sur le modèle physico-mathématique dérivé de la géométrie commutative tel qu'exposé son fondateur : Alain Connes)

Le zitterbewegung : un vieux problème mis sous le tapis ... 
C'est du moins l'avis de John Huth physicien et blogueur sur le site Quantum Diaries ...

Paul Dirac was a theoretical physicist who is best known for his famous equation describing the motion of particles like electrons. He successfully combined two pillars of modern theory: quantum mechanics, which describes particles as a wave with special relativity, which takes the speed of light to be a fundamental constant of nature.

When he put these two factors together, his equation had some strange properties. At first blush, you find that electrons have this strange motion that’s called ‘zitterbewegung’; German for ‘trembling motion’. This is a very rapid oscillation of electrons at the speed of light, which doesn’t seem to really happen and would lead to odd results. This was more or less brushed under the rug.

John Huth, Worshipping at the Fed Ex drop box, 28/10/2011

...  avis qui n'est pas partagé par un autre blogueur, Lubos Motl :

I am very surprised that it is not generally understood that the whole idea of Zitterbewegung is nonsense arising from an invalid physical interpretation of an equation. Just to be sure, Erwin Schrödinger ... has tried to solve the Dirac equation once Dirac wrote it down. And he combined some "positive-energy" and "negative-energy" solutions. Because their energies differ at least by 2mc², not too surprisingly, by the interference of these two components, one "gets" some observables that oscillate with the gigantic angular frequency 2mc²/ℏ. 

However, nothing like that may occur in the real world because the single-particle interpretation of the Dirac equation – with positive- as well as negative-energy solutions allowed – simply doesn't apply and cannot apply to the real world. As Dirac quickly understood (while Schrödinger didn't), the negative-energy solutions have to be treated differently...

Lubos Motl, why Zitterbewegung is unphysical, 28/10/2011 

... mais un problème qui bouge peut-être encore !
Entre deux feuillets d'un espace-temps non commutatif ? La preuve par les mots avec le titre d'une conférence (dont le contenu n'est malheureusement pas accessible sur la toile est partiellement disponible sur la toile) et un extrait d'un article de Robert Brout un des pères du boson de Higgs :

"The gauged zitterbewegung: Connes' constructions of the standard model"

R. Brout, International School of Subnuclear Physics, Erice, Italy Août 1999

Now for one of Connes’ main ideas. Scalars are gauge bosons that serve as connections in a manifold comprised of 2 points: left (L) and right (R), which I now explain at length. Fermions, in the absence of mass, are displaced in space-time, on two different surfaces L and R, through the action of the Dirac operator. The usual Yang-Mills fields (YM) supply connections on these surfaces so as to allow internal symmetries to be gauged. The vector and axial currents coupled to the YM are sums of bilinears in L or R fermions and do not mix L and R. i.e. the coupling keeps an L (R) fermion on the L (R) surface. The role of mixing L and R is taken on by the scalars through a coupling (ψ_L⁺ψ_Rφ +h.c.). The bilinear ψ_L⁺ψ_R is a sort of current between the 2 corresponding points L and R at the same space-time point x^μ, φ being the “gauge scalar”. The thought is not only engaging, but it ties in most elegantly with Connes’ rewriting of geometry on discrete spaces in terms of axioms which permit a natural generalization of all continuum concepts. These discrete spaces can be composed of but 2 points -L and R in particular, and so are applicable to SM gauge geometry.

R. Brout, Notes on Connes’ Construction of the Standard Model, 27/06/1997

Pour une exposition en français des idées et du modèle physico-mathématique présentées ci-dessus, voici des extraits du livre d'Alain Connes Géométrie non commutative et de son article fondateur sur l'application de son grand oeuvre à la physique du méchanisme de Brout-Englert-Higgs.

...(work in progress)

Y a-t-il d'autres traces d'un lien métaphorique entre zitterbewegung et boson de Higgs ?

En cherchant sur internet voici la réponse d'un fameux mathématicien Roger Penrose:

Roger Penrose (in "The Road to Reality") and Tony Zee (in "QFT in a Nutshell") show that the Dirac Lagrangian can be decomposed into two massless fields (thus propagating at c), one with left handed helicity and one right handed, coupled by a parameter proportional to the rest-mass of the particle. Penrose calls the left handed field the "zig" particle and the right handed one the "zag" particle. The zigzagging (which occurs on average at the de Broglie frequency) allows/forces the particle's average velocity to be less than c, and in its rest frame, results in the direction of its spin remaining constant. While both the zig and zag fields interact equally electromagnetically, only the zig field interacts via the weak interaction. Penrose states that the conversion of a zig into a zag and vice versa can be viewed as an interaction with the Higgs field.

 Kit Adams, Electron's zitterbewegung, Physics Forums Oct 12 2006

Une science métaphorique porte(-t-elle) forcément à confusion (Monsieur Zee?)

Le risque est grand en tout cas si l'on en croit cet avertissement d'un spécialiste de la théorie quantique des champs :

In closing this chapter [on quantizing the Dirac field] let me ask you some rhetorical questions. Did I speak of an electron going backward in time? Did I mumble something about a sea of negative energy electrons? This metaphorical language, when used by brilliant minds, the likes of Dirac and Feynman, was evocative and inspirational, but unfortunately confused generations of physics students and physicists. The presentation given here is in the modern spirit, which seeks to avoid these potentially confusing metaphors. 

Anthony Zee, Poetic but confusing metaphors, 2003

Certaines images ont pourtant bien un pouvoir heuristique (n'est ce pas Monsieur Feynman?)
En oubliant pour un temps la référence explicite au zitterbewegung, voici une présentation du mécanisme de Higgs, en bande dessinée ou presque, par un brillant blogueur du site Quantum Diaries :

one can formulate our entire Feynman diagram program in terms of completely massless particles. In such a picture, particles like the top quark or Z boson undergo lots of the aforementioned two-point “mass” interactions and so are observed to have larger masses. Heuristically, heavy particles barrel along and have lots of these two-point interactions:

For comparison, a light particle like the electron would have fewer of these interactions. Their motion (again, heuristically) looks more like this:

We should remember that each of these crosses is really a terminated Higgs line. To use some fancy parlance which will come up in a later post, we say that the Higgs has a “vacuum expectation value” and that these particles are bumping up against it. The above pictures are just ‘cartoons’ of Feynman diagrams, but you can see how this seems to convey a sense of “inertia.” More massive particles (like the top quark) are harder to push around because they keep bumping up against the Higgs. Light particles, like the electron, don’t interact with the Higgs so much and so can be pushed more easily. 

In this sense, we can think of all particles as being massless, but their interactions with the Higgs generates a two-point interaction which is effectively a mass. Particles which interact more strongly with the Higgs have more mass, while particles which interact weakly with the Higgs have less mass. In fact, once we assume this, we might as well drop all of the silly crosses on these lines—and then we’re left with the usual Feynman rules (with no terminating Higgs lines) that are usually presented.

 Flip Tanedo, A diagrammatic hint of masses from the Higgs, 5/05/2011

Et de bons dessins ont toujours une valeur pédagogique (merci Monsieur Tanedo!)
Les petits diagrammes ci-dessus deviennent une vrai BD ci-dessous et l'analogie entre zitterbewegung et mécanisme de Higgs se renforce :

An "electron" propagating in space and interacting with the Higgs field. Note that the Higgs-induced mass term connects an electron with an anti-positron. This means that the two types of particles are exhibiting quantum mixing. Note that in this picture the blue arrow represents helicity (it is conserved), whereas the mustache (or non-mustache) represents chirality. The mass insertions flip chirality, but maintain helicity.

This is very important; two completely different particles (the electron and the anti-positron) are swapping back and forth. What does this mean? The physical thing which is propagating through space is a mixture of the two particles. When you observe the particle at one point, it may be an electron, but if you observe it a moment later, the very same particle might manifest itself as an anti-positron! This should sound very familiar, it’s the exact same story as neutrino mixing (or, similarly, meson mixing).

Let us call this propagating particle is a “physical electron.” The mass-basis-electron can either be an electron or an anti-positron when you observe it; it is a quantum mixture of both.

Flip Tanedo, Helicity, Chirality, Mass, and the Higgs, 5/05/2011

Vices apparents et visses cachées de la physique quantique (la recherche des fondements a encore du ressort)

Rubrique : Dévissage(s)

L'atome et le nucléon : deux horlogeries complexes ...

2013 marquait le centenaire du modèle atomique de Bohr décrivant la dynamique des électrons autour des nucléons tandis que 2014 coïncidera avec le cinquantenaire du modèle des quarks de Gell-Mann et Zweig décrivant les nucléons. Pourquoi ne pas profiter de l'occasion pour évoquer l'actualité de la réflexion scientifique sur les fondements de la mécanique quantique, ce marronnier sinon de la physique du moins de sa vulgarisation, à travers quelques miscéllanées glanées au fil des lectures sur la toile pendant les dernières vacances...

... dont le démontage classique laisse (forcément) perplexe ...
Un atome a priori insécable par définition et qui peut malgré tout se décomposer en particules plus élémentaires avec des électrons qui orbitent autour d'un noyau sur des trajectoires floues et qui tourbillonnent autour d'eux même sans vraiment être des toupies...

Un nucléon composé lui-même de quarks, particules encore plus élémentaires à la dynamique pour le moins étrange puisqu'elles sont d'autant plus "libres" qu'elles sont confinées dans un espace plus petit...

... mais dont la reconstruction quantique sublime l'implexité ...

...deux sous-systèmes (ou plus) d'un systême global ne peuvent être considérés séparément l'un de l'autre ; il n'existe tout simplement pas d'états bien définis qui puissent les décrire indépendamment l'un de l'autre. La nécessité de considérer le systême dans sa globalité correspond à un couplage profond et intrinsèque des sous-systèmes, caractéristique de leur nature quantique (et indépendamment de toute interaction physique particulière). Cette propriété est parfois dénommée non-séparabilité", par référence antonymique à la séparabilité classique, ou, plus positivement"\intrication" ou "enchevêtrement". Nous préférerons un vocable plus abstrait afin d'éviter toute représentation imagée trompeuse, et appellerons "implexité" cette caractéristique essentielle de la quantique [la notion de repliement, intrication, enchevêtrement, etc. est rendue en grec par le mot emplexis, du verbe plekô (à l'origine de "pliage"). "Implexité" a de plus l'avantage de sa rime, non sans raisons, avec complexité | et perplexité].

 Françoise Balibar, Alain Laverne, Jean-Marc Lévy-Leblond & Dominique Mouhanna, Quantique : Eléments, 2007.

Le problème de la mesure quantique :  une histoire qui (n')est peut-être (pas) sans fin 

One of the main foundational challenges of quantum theory is the so-called measurement problem: Why does each individual run of an ideal measurement yield a well-defined outcome, in spite of the existence of quantum coherences? Does measurement theory require a specific principle or interpretation of quantum mechanics? Already raised by the founding fathers, this crucial question has witnessed a revival [2,3,4]... We shall ... approach the problem by just treating the tested system S coupled to the measurement apparatus A as a single isolated quantum system S+A, and analysing the dynamics of the measurement process in a straightforward way. A key point is the macroscopic size of the apparatus, which forces us to rely on non-equilibrium quantum statistical mechanics. Moreover, being irreducibly probabilistic, quantum physics does not describe individual objects; we must deal with statistical ensembles, and attempt to infer the properties of a single run of the measurement from those of the subensembles of runs to which it may belong. 

... in the same way as irreversibility emerges in statistical mechanics for macroscopic systems from the underlying reversible microscopic theory, a more remarkable type of emergence occurs at the end of a [quantum] measurement process using a macroscopic apparatus: Classical probabilities emerge from quantum theory, although the underlying “quantum probabilities” were non-commutative and could not a priori be regarded as frequencies in the absence of an experimental context. 

Armen E. Allahverdyan, Roger Balian and Theo M. Nieuwenhuizen, Statistical theory of ideal quantum measurement processes, 03/13

 What we intend to do, in the following, is to contribute some novel points of view to the "foundations of quantum mechanics", using mathematical tools from "quantum probability theory" (such as the theory of operator algebras). [...] 

We attempt to elucidate the roles played by entanglement between a system and its environment and of information loss in understanding "decoherence" and "dephasing", which are key mechanisms in a quantum theory of measurements and experiments ... In particular, we point out that the state of the composition of a system with its environment can usually not be reconstructed from measurements long after interactions between the system and its environment have set in; ("information loss"). We also discuss the problem of "time in quantum mechanics" and sketch an answer to the question when an experiment can be considered to have been completed successfully; ("when does a detector click?").

Jürg Fröhlich ett Baptiste Schubnel, Quantum probability and the foudations of quantum mechanics, 10/13

Je suis la précieuse fève trouvée par de gourmants physiciens dans une grande galette de 27 km de circonférence ; qui suis-je ?

Le boson scalaire de Higgs naturellement !

Bonne épiphanie à tous ... 

... et une pensée particulière aux techniciens, ingénieurs et physiciens qui s'activent du côté du LHC pour cuisiner le prochain gâteau des Rois. Quelle que soit la bonne étoile que chacun suit, nous espérons tous que Dame Nature n'oubliera pas le haricot magique qui élèvera notre compréhension de la physique à des énergies toujours plus hautes !

Après des hauts et des bas, un aspect étrange mais un charme certain, ma beauté est finalement une vérité indéniable : qui suis-je ?

Un indice : j'ai quarante ans et tous mes quarks (sans parler de mes leptons et mes bosons dont le fameux petit dernier ;-) 

Je suis le Modèle Standard bien sûr !

(-: Joyeuse année 2014 !-)

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 ...