عام

اكتشف كوادريليون طرق لخلق عالمنا في نظرية الأوتار

علماء الفيزياء الذين تجولوا في نظرية "المناظر الطبيعية"الأوتار - مسافات المليارات والمليارات من الحلول الرياضية لنظرية يقدم فيها كل حل معادلات يحاول الفيزيائيون وصفها للواقع - عثر عليها على مجموعة فرعية من هذه المعادلات التي تتضمن العديد من جزيئات المادة كما في الكون. ومع ذلك ، هذه مجموعة فرعية ضخمة: هناك ما لا يقل عن كوادريليون من هذه الحلول. هذا هو أكبر اكتشاف في تاريخ نظرية الأوتار.

نظرية الأوتار

وفقا لنظرية الأوتار ، جميع الجسيمات والقوى الأساسية تنشأ في عملية تهتز سلاسل صغيرة. من أجل التناسق الرياضي ، تهتز هذه الأوتار في وقت فراغ 10-الأبعاد. وللاتساق مع تجربتنا اليومية المعتادة للوجود في الكون ، مع ثلاثة أبعاد مكانية وواحدة زمنية ، فإن الأبعاد الستة الإضافية "مضغوطة" ، بحيث لا يمكن اكتشافها.

التعاقدات المختلفة تؤدي إلى حلول مختلفة. في نظرية الأوتار ، يشير "الحل" إلى فراغ في الزمان والمكان ، وتحكمه نظرية الجاذبية لآينشتاين مع نظرية المجال الكمومي. يصف كل حل الكون الفريد ، بمجموعته الخاصة من الجزيئات والقوى الأساسية وغيرها من الخصائص المميزة.

وقد ركزت بعض المنظرين سلسلة بهمالجهود المبذولة لمحاولة إيجاد طرق لربط نظرية الأوتار بخصائص عالمنا المعروف المرئي - وخاصة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، الذي يصف جميع الجسيمات والقوى المعروفة باستثناء الجاذبية.

ترتبط معظم هذه الجهود بالإصدارنظرية الأوتار التي تتفاعل فيها الأوتار بضعف. ومع ذلك ، على مدار العشرين عامًا الماضية ، سمح فرع جديد من نظرية الأوتار يدعى F- theory للفيزيائيين بالعمل مع سلاسل متفاعلة بشدة أو مترابطة بشدة.

يقول ميريام تسفتيك من جامعة بنسلفانيا في فيلادلفيا: "النتائج المهمة هي أنه عندما يكون الاتصال كبيرًا ، يمكننا البدء في وصف النظرية بشكل هندسي للغاية".

وهذا يعني أن منظري الأوتار يمكنهم ذلكاستخدم الهندسة الجبرية - التي تستخدم أساليب جبرية لحل المشكلات الهندسية - لتحليل مختلف أساليب الضغط ذات الأبعاد الإضافية في نظرية F والبحث عن حلول. يدرس علماء الرياضيات بشكل مستقل بعض الأشكال الهندسية التي تظهر في نظرية F. يقول لينغ لين من جامعة بنسلفانيا: "إنهم يزودوننا ، نحن الفيزيائيين ، بأدوات مكثفة". "الهندسة مهمة جدًا في الواقع ، إنها" اللغة "التي تجعل نظرية F هيكلًا قويًا."

رباعيات الأكوان

وهكذا ، زهرة ، لين ، جيمس هالفرسون مناستخدمت جامعة Northeastern في بوسطن هذه الطرق لتحديد فئة من الحلول مع أوضاع سلسلة تهتز تؤدي إلى نفس الطيف من fermions (أو جزيئات المادة) كما هو موضح في النموذج القياسي - بما في ذلك الميزة التي تأتي بها fermions في ثلاثة أجيال (على سبيل المثال ، إلكترون ، muon و tau هي ثلاثة أجيال من نفس النوع من fermion).

الحلول النظرية التي اكتشفتها فلاور وهييشتمل الزملاء أيضًا على جزيئات تُظهر chirality (لا يوجد تناظر فيما يتعلق بالجانب الأيمن والأيسر) من النموذج القياسي. في مصطلحات فيزياء الجسيمات ، تنتج هذه المحاليل "الطيف اللولبي" الدقيق لجزيئات النموذج القياسي. على سبيل المثال ، تحتوي الكواركات واللبتونات في هذه الحلول على الإصدارات اليمنى واليسرى ، كما في كوننا.

عمل جديد يدل على أن هناكعلى الأقل كوادريليون محاليل لها جسيمات لها نفس الطيف اللولبي كما في النموذج القياسي ، وهو 10 أوامر من حيث الحجم أكثر من الحلول الموجودة في نظرية الأوتار حتى الآن. يقول تسفتيك: "هذا هو إلى حد بعيد أكبر فئة فرعية من حلول Standard Model". "ما يثير الدهشة والبهجة هو أن كل شيء في وضع نظرية الأوتار المقترنة بإحكام ، حيث تساعدنا الهندسة".

كوادريليون هو عدد كبير للغاية ، وإن كانوأصغر بكثير من عدد الحلول في نظرية F (والتي ، وفقا للحسابات الأخيرة ، هي في حدود 10272000). وبما أن هذا العدد كبير للغاية ينتج شيئًا غير تافه وصحيح في فيزياء جسيمات العالم الواقعي ، فسيتم دراسته بكل صرامة وجدية ، كما يقول هالفرسون.

سوف تشمل المزيد من الدراسةتحديد روابط أقوى مع فيزياء الجسيمات الأولية في العالم الحقيقي. يجب على الباحثين تحديد الروابط أو التفاعلات بين الجسيمات في حلول نظرية F ، والتي تعتمد مرة أخرى على التفاصيل الهندسية لتضخيم الأبعاد الإضافية.

فمن الممكن أنه في مساحة كوادريليونالقرارات ستكون بعض القرارات التي تؤدي إلى تسوس البروتون في نطاق زمني متوقع. هذا من شأنه أن يتعارض بوضوح مع العالم الحقيقي ، لأن التجارب لم تكشف عن أي علامات على تسوس البروتون. أو ، يمكن للفيزيائيين البحث عن حلول تنفذ طيف جسيمات النموذج القياسي الذي يحافظ على التناظر الرياضي (تكافؤ R). يحظر هذا التناظر بعض عمليات تسوس البروتون وسيكون جذابًا للغاية من وجهة نظر فيزياء الجسيمات الأولية ، لكنه غائب في النماذج الحديثة.

بالإضافة إلى ذلك ، هذا العمل يفترض وجودالتناظر الفائق - أي أن جميع الجزيئات القياسية لها جزيئات شريكة. تحتاج نظرية الأوتار إلى هذا التناظر لضمان الاتساق الرياضي للحلول.

ولكن من أجل أي نظرية التناظر الفائقيتوافق مع الكون الذي يمكن ملاحظته ، يجب كسر التماثل (تمامًا كما يكسر تركيب أدوات المائدة والزجاج على الجانب الأيسر أو الأيمن في نفس الوقت تناظر إعداد الجدول). خلاف ذلك ، سيكون للجزيئات الشريكة نفس الكتلة مثل جزيئات النموذج القياسي - وهذا بالتأكيد ليس هو الحال ، لأننا لم نر أي جزيئات شريكة مماثلة في تجاربنا.

هل تعتقد أنه سيكون هناك الحل الصحيح في نظرية الأوتار الخاصة بكوننا أم أن الفيزياء تهدر الوقت؟ أخبرنا في محادثتنا في Telegram.