opći

Otkrio je kvadrilijunske načine za stvaranje našeg svemira u teoriji struna

Fizičari koji su lutali u teoriji "krajolika"žice - prostori milijardi i milijarde matematičkih rješenja teorije u kojoj svako rješenje pruža jednadžbe koje fizičari pokušavaju opisati stvarnošću - naišli su na podskup takvih jednadžbi koje uključuju onoliko čestica materije koliko ih ima u našem Svemiru. Međutim, to je ogromna podskupina: postoji barem kvadrilijun takvih rješenja. To je najveće otkriće u povijesti teorije struna.

Teorija struna

Prema teoriji struna, sve čestice itemeljne sile nastaju u procesu vibracija sitnih žica. Za matematičku konzistentnost, ove žice vibriraju u 10-dimenzionalnom prostor-vremenu. A za dosljednost s našim uobičajenim svakodnevnim iskustvom postojanja u Svemiru, s tri prostorne i jedne vremenske dimenzije, dodatnih šest dimenzija su "zbijene", tako da se ne mogu otkriti.

Različita kompaktiranja dovode do različitih rješenja. U teoriji struna, “rješenje” podrazumijeva vakuum prostor-vremena, kojim upravlja Einsteinova teorija gravitacije u kombinaciji s kvantnom teorijom polja. Svako rješenje opisuje jedinstveni svemir, s vlastitim skupom čestica, temeljnih sila i drugih svojstava.

Neki teoretičari gudača koncentrirali su svojenastojati pronaći načine kako povezati teoriju struna sa svojstvima našeg dobro poznatog vidljivog Svemira - osobito Standardnog modela fizike čestica, koji opisuje sve poznate čestice i sile osim gravitacije.

Većina tih napora odnosi se na verzijuteorija struna u kojoj nizi slabo djeluju. Međutim, tijekom proteklih dvadeset godina nova grana teorije struna, nazvana F-teorija, omogućila je fizičarima da rade sa snažno međusobno povezanim ili snažno povezanim nizovima.

"Zanimljivi rezultati su da kada je veza velika, možemo početi opisivati ​​teoriju vrlo geometrijski", kaže Mirjam Tsvetik sa Sveučilišta Pennsylvania u Philadelphiji.

To znači da teoretičari žica mogukoristiti algebarsku geometriju - koja koristi algebarske metode za rješavanje geometrijskih problema - analizirati različite metode kompaktifikacije dodatnih dimenzija u F-teoriji i tražiti rješenja. Matematičari samostalno proučavaju neke geometrijske oblike koji se pojavljuju u F-teoriji. "Oni nam, fizičarima, pružaju opsežne alate", kaže Ling Lin, također sa Sveučilišta u Pennsylvaniji. "Geometrija je zapravo vrlo važna, to je" jezik "koji F-teoriju čini snažnom strukturom."

Kvadrilioni svemira

I tako, Cvijet, Lin, James HalversonSveučilište Northeastern u Bostonu koristilo je ove metode za identifikaciju klase rješenja s vibracijskim nizovima koji vode do istog spektra fermiona (ili čestica tvari) kako je opisano u Standardnom modelu - uključujući značajku po kojoj su fermioni tri generacije (na primjer, elektron , mjun i tau su tri generacije istog tipa fermiona).

F-teorijska rješenja otkrivena u Flower i njojkolege također uključuju čestice koje pokazuju kiralnost (bez simetrije s obzirom na desnu i lijevu stranu) standardnog modela. U terminologiji fizike čestica, ova rješenja reproduciraju točan "kiralni spektar" čestica Standardnog modela. Na primjer, kvarkovi i leptoni u tim rješenjima imaju lijevu i desnu verziju, kao u našem Svemiru.

Novi rad pokazuje da postojibarem kvadrilijunskim rješenjima u kojima čestice imaju isti kiralni spektar kao u Standardnom modelu, što je za 10 redova više rješenja nego što je do sada pronađeno u teoriji struna. “Ovo je daleko najveća podklasa Standardnih rješenja”, kaže Tsvetik. "Ono što je iznenađujuće i ugodno je da je sve u načinu čvrsto povezane teorije struna, gdje nam geometrija pomaže."

Kvadrilion je iznimno velik broj, iakoi mnogo manji od broja rješenja u F-teoriji (koja je, prema nedavnim izračunima, reda 10272000). Budući da je riječ o iznimno velikom broju koji proizvodi nešto nebitno i istinito u fizici čestica stvarnog svijeta, proučit će se sa svom strogošću i ozbiljnošću, kaže Halverson.

Daljnje studije će uključivatiidentificiranje jačih veza s fizikom stvarnih čestica. Istraživači moraju odrediti veze ili interakcije između čestica u F-teorijskim rješenjima, što opet ovisi o geometrijskim detaljima kompaktifikacije dodatnih dimenzija.

Moguće je da u kvadrilijunskom prostoruodluke će donijeti neke odluke koje dovode do propadanja protona u predvidivoj vremenskoj skali. To bi jasno bilo u suprotnosti sa stvarnim svijetom, jer eksperimenti nisu otkrili nikakve znakove propadanja protona. Ili, fizičari bi mogli tražiti rješenja koja implementiraju spektar čestica Standardnog modela koji čuvaju matematičku simetriju (R-paritet). Ta simetrija zabranjuje određene procese propadanja protona i bila bi vrlo atraktivna sa stajališta fizike elementarnih čestica, ali je nema u modernim modelima.

Osim toga, ovaj rad pretpostavlja postojanjesupersimetrije - tj. sve standardne čestice imaju partnerske čestice. Teorija struna potrebuje ovu simetriju kako bi se osigurala matematička konzistentnost rješenja.

Ali kako bi bilo koja teorija supersimetrijeodgovarao vidljivom svemiru, simetrija bi trebala biti slomljena (baš kao što ugradnja pribora za jelo i stakla na lijevoj ili desnoj strani istodobno prekida simetriju postavljanja stola). Inače će partnerske čestice imati istu masu kao i čestice standardnog modela - i to definitivno nije slučaj, budući da u našim eksperimentima nismo vidjeli slične partnerske čestice.

Mislite li da će u našoj teoriji struna biti pravo rješenje ili će fizika gubiti vrijeme? Recite nam u našem chatu u Telegramu.