Γενικά

Ανακαλύψαμε ένα τετραπλάσιο τρόπους για να δημιουργήσουμε το σύμπαν μας στη θεωρία χορδών

Φυσικοί που περιπλανήθηκαν στη θεωρία "τοπίου"οι χορδές - τα δισεκατομμύρια και τα δισεκατομμύρια μαθηματικών λύσεων σε μια θεωρία στην οποία κάθε λύση παρέχει εξισώσεις που οι φυσικοί προσπαθούν να περιγράψουν την πραγματικότητα - σκόνταψαν πάνω σε ένα υποσύνολο τέτοιων εξισώσεων που περιλαμβάνουν τόσα σωματίδια ύλης όπως υπάρχουν στο σύμπαν μας. Ωστόσο, αυτό είναι ένα τεράστιο υποσύνολο: υπάρχουν τουλάχιστον ένα τετραπλάσιο τέτοιων λύσεων. Αυτό είναι το μεγαλύτερο εύρημα στην ιστορία της θεωρίας χορδών.

Η θεωρία των συμβολοσειρών

Σύμφωνα με τη θεωρία χορδών, όλα τα σωματίδια καιοι θεμελιώδεις δυνάμεις προκύπτουν στη διαδικασία των δονήσεων των μικροσκοπικών χορδών. Για μαθηματική συνέπεια, αυτές οι χορδές δονείται σε 10-διαστασιακό διάστημα. Και για λόγους συνέπειας με τη συνήθη καθημερινή εμπειρία της ύπαρξής μας στο Σύμπαν, με τρεις χωρικές και μία χρονική διάσταση, οι έξι πρόσθετες διαστάσεις είναι "συμπαγείς", έτσι ώστε να μην μπορούν να ανιχνευθούν.

Οι διαφορετικές συμπύκνωση οδηγούν σε διαφορετικές λύσεις. Στη θεωρία των χορδών η "λύση" υπονοεί ένα κενό διάστημα-χρόνου, το οποίο διέπεται από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν σε συνδυασμό με τη θεωρία του κβαντικού πεδίου. Κάθε λύση περιγράφει ένα μοναδικό σύμπαν με το δικό του σύνολο σωματιδίων, θεμελιώδεις δυνάμεις και άλλες καθοριστικές ιδιότητες.

Κάποιοι θεωρητικοί των συμβολοσειρών έχουν συγκεντρώσει τιςπροσπάθειες να προσπαθήσουμε να βρούμε τρόπους για να συνδέσουμε τη θεωρία χορδών με τις ιδιότητες του γνωστού μας παρατηρούμενου Σύμπαντος - συγκεκριμένα, του Τυπικού Μοντέλου της Φυσικής των σωματιδίων, το οποίο περιγράφει όλα τα γνωστά σωματίδια και δυνάμεις εκτός από τη βαρύτητα.

Οι περισσότερες από αυτές τις προσπάθειες σχετίζονται με την έκδοσηθεωρία χορδών στην οποία οι χορδές αλληλεπιδρούν ασθενώς. Ωστόσο, τα τελευταία είκοσι χρόνια, ένας νέος κλάδος της θεωρίας χορδών που ονομάζεται F-θεωρία επέτρεψε στους φυσικούς να δουλέψουν με ισχυρά αλληλεπιδρώντες - ή έντονα συνδεδεμένες - χορδές.

"Τα ενδιαφέροντα αποτελέσματα είναι ότι όταν η σύνδεση είναι μεγάλη, μπορούμε να αρχίσουμε να περιγράφουμε τη θεωρία πολύ γεωμετρικά", λέει ο Mirjam Tsvetik από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια στη Φιλαδέλφεια.

Αυτό σημαίνει ότι οι θεωρητικοί των συμβολοσειρών μπορούνχρησιμοποιώντας αλγεβρική γεωμετρία - η οποία χρησιμοποιεί αλγεβρικές μεθόδους για την επίλυση γεωμετρικών προβλημάτων - να αναλύσει τις διάφορες μεθόδους συμπύκνωσης των επιπλέον διαστάσεων στη θεωρία F και την αναζήτηση λύσεων. Οι μαθηματικοί μελετούν ανεξάρτητα μερικά γεωμετρικά σχήματα που εμφανίζονται στη θεωρία F. "Παρέχουν μας, φυσικούς, με εκτενή εργαλεία", λέει ο Ling Lin, επίσης από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας. "Η γεωμετρία είναι πραγματικά πολύ σημαντική, είναι η" γλώσσα "που κάνει την θεωρία F μια ισχυρή δομή."

Τετραπλάσια σύμπαντα

Και έτσι, Λουλούδι, Lin, James Halverson απόΤο Βορειοανατολικό Πανεπιστήμιο της Βοστόνης χρησιμοποίησε αυτές τις μεθόδους για να προσδιορίσει μια τάξη λύσεων με δονητικές μεθόδους που οδηγούν στο ίδιο φάσμα φερμιόνων (ή σωματιδίων της ύλης) όπως περιγράφεται από το Πρότυπο Μοντέλο - συμπεριλαμβανομένου του χαρακτηριστικού με το οποίο οι φερμιόνες είναι τρεις γενιές , muon και tau είναι τρεις γενεές του ίδιου τύπου fermion).

F-λύσεις θεωρίας που ανακαλύφθηκαν από τον Flower και τηςσυναδέλφους περιλαμβάνουν επίσης σωματίδια που επιδεικνύουν χειραλικότητα (χωρίς συμμετρία σε σχέση με τη δεξιά και την αριστερή πλευρά) του Τυποποιημένου Μοντέλου. Στην ορολογία της σωματιδιακής φυσικής, αυτές οι λύσεις αναπαράγουν το ακριβές "χειρικό φάσμα" των σωματιδίων του Τυποποιημένου Μοντέλου. Για παράδειγμα, τα κουάρκ και τα λεπτόνια σε αυτές τις λύσεις έχουν την αριστερή και δεξιά εκδοχή, όπως στο σύμπαν μας.

Νέα δουλειά δείχνει ότι υπάρχειτουλάχιστον ένα τετραπλάσιο διαλύματα στα οποία τα σωματίδια έχουν το ίδιο χειρικό φάσμα όπως στο Πρότυπο Μοντέλο, το οποίο είναι 10 τάξεις μεγέθους περισσότερες λύσεις από ό, τι έχει βρεθεί μέχρι σήμερα στη θεωρία χορδών. "Αυτή είναι μακράν η μεγαλύτερη υποκατηγορία λύσεων Standard Model", λέει ο Tsvetik. "Αυτό που είναι εκπληκτικό και ευχάριστο είναι ότι όλα είναι στη μέθοδο της σφιχτά συζευγμένης θεωρίας χορδών, όπου η γεωμετρία μας βοηθάει."

Ένα τετράκις είναι ένας εξαιρετικά μεγάλος αριθμός, αν καικαι πολύ μικρότερο από τον αριθμό των λύσεων στη θεωρία F (η οποία, σύμφωνα με πρόσφατους υπολογισμούς, είναι της τάξεως των 10272000). Και επειδή αυτός είναι ένας εξαιρετικά μεγάλος αριθμός που παράγει κάτι μη τετριμμένο και αληθινό στη φυσική των σωματιδίων του πραγματικού κόσμου, θα μελετηθεί με όλη την αυστηρότητα και τη σοβαρότητα, λέει ο Halverson.

Περαιτέρω μελέτη θα περιλαμβάνειεντοπίζοντας ισχυρότερους δεσμούς με τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων του πραγματικού κόσμου. Οι ερευνητές πρέπει να προσδιορίσουν τις συνδέσεις ή τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων σε λύσεις της θεωρίας F, οι οποίες εξαρτώνται και πάλι από τις γεωμετρικές λεπτομέρειες της συμπύκνωσης των επιπλέον διαστάσεων.

Είναι πιθανό ότι σε τετράπλευρο χώροοι αποφάσεις θα είναι κάποιες αποφάσεις που οδηγούν σε φθορά πρωτονίων σε μια προβλεπόμενη χρονική κλίμακα. Αυτό θα αντικρούει σαφώς τον πραγματικό κόσμο, αφού τα πειράματα δεν αποκάλυψαν κάποια σημάδια φθοράς των πρωτονίων. Ή οι φυσικοί θα μπορούσαν να αναζητήσουν λύσεις που να εφαρμόζουν το φάσμα των σωματιδίων του Τυποποιημένου Μοντέλου που διατηρούν τη μαθηματική συμμετρία (R-ισοτιμία). Αυτή η συμμετρία απαγορεύει ορισμένες διαδικασίες καταστροφής πρωτονίων και θα ήταν πολύ ελκυστική από την άποψη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά απουσιάζει στα μοντέρνα μοντέλα.

Επιπλέον, η εργασία αυτή προϋποθέτει την ύπαρξηυπερσυμμετρίες - δηλαδή, όλα τα τυποποιημένα σωματίδια έχουν σωματίδια συνεργατών. Η θεωρία των χορδών χρειάζεται αυτή τη συμμετρία για να εξασφαλίσει τη μαθηματική συνέπεια των λύσεων.

Αλλά για οποιαδήποτε θεωρία υπερσυμμετρίαςαντιστοιχούσε στο παρατηρούμενο σύμπαν, η συμμετρία θα πρέπει να σπάσει (ακριβώς όπως η εγκατάσταση των μαχαιροπήρουνων και του γυαλιού στην αριστερή ή τη δεξιά πλευρά ταυτόχρονα σπάει τη συμμετρία του πίνακα). Διαφορετικά, τα σωματίδια συνεργατών θα έχουν την ίδια μάζα με τα σωματίδια του Τυποποιημένου Μοντέλου - και αυτό δεν συμβαίνει σίγουρα, αφού δεν έχουμε δει παρόμοια σωματίδια εταίρων στα πειράματά μας.

Πιστεύετε ότι θα υπάρξει η σωστή λύση στη θεωρία των χορδών μας για το σύμπαν μας ή ότι η φυσική σπαταλάει το χρόνο; Πείτε μας στο chat μας στο Telegram.