Проблема калибровочной иерархии

Проблема калибровочной иерархии является одной из проблем современной физики элементарных частиц, заключающейся в том, что характерные энергетические масштабы различных фундаментальных взаимодействий, а также некоторые предполагаемые масштабы явлений, выходящих за рамки Стандартной модели, различаются на много порядков. Актуальными, в частности, являются вопросы, природы такой иерархии, причин её устойчивости и наличия большой «пустыни» между двумя группами масштабов.

Описание проблемы

У каждого их известных фундаментальных взаимодействий существует определённый характерный энергетический масштаб. Например, для сильного взаимодействия этот масштаб равен $\Lambda_{QCD}$~200 МэВ. В частности, именно этот масштаб определяет массы самых лёгких адронов. Электромагнитное и слабое взаимодействия, объединённые в единое электрослабое взаимодействие, имеют характерный энергетический масштаб, равный так называемому вакуумному среднему хиггсовского бозона $v$≈246 ГэВ. На фоне этих масштабов контрастирует характерный энергетический масштаб гравитационного взаимодействия, определяемый величиной планковской энергии $M_{Pl}$~10¹⁹ ГэВ.

В имеющихся теоретических моделях возможных расширений Стандартной модели имеются и другие взаимодействия и связанные с ними масштабы. Так, сильное и электрослабое взаимодействия должны объединяться в электросильное (так называемое Большое объединение взаимодействий) при энергиях порядка $M_{GUT}$~10¹⁶ ГэВ. Помимо этого в некоторых теориях, объясняющих наличие конечной массы нейтрино, фигурирует масштаб $M_{\nu}$~10¹⁴ ГэВ. Такую же величину имеет масштаб $M_{PQ}$, связанным с CP-инвариантностью в сильных взаимодействиях.

Проблема калибровочной иерархии заключается в объяснении наблюдаемого сильного несоответствия между этими масштабами:

$\Lambda_{QCD},~v \ll M_{Pl},~M_{GUT},~M_{\nu},~M_{PQ}$

В частности, выделяют проблему происхождения иерархии, проблему её устойчивости и проблему наличия большого диапазона энергий («пустыни»), не соответствующих никаким взаимодействиям.

Литература

• С. В. Троицкий Нерешённые проблемы физики элементарных частиц // Успехи физических наук. — 2012. — Т. 182. — С. 77—103.