Ontdekt een viertal manieren om ons universum te creëren in de snaartheorie

Natuurkundigen die door de theorie van het "landschap" dwaaldenstrings - spaties van miljarden en miljarden wiskundige oplossingen voor een theorie waarin elke oplossing vergelijkingen biedt die natuurkundigen proberen de werkelijkheid te beschrijven - struikelde over een deelverzameling van dergelijke vergelijkingen die evenveel deeltjes materie bevatten als in ons universum. Dit is echter een enorme subset: er bestaat minstens een biljard van dergelijke oplossingen. Dit is de grootste vondst in de geschiedenis van de snaartheorie.

Snaartheorie

Volgens de snaartheorie, alle deeltjes enfundamentele krachten ontstaan ​​in het proces van vibraties van minuscule snaren. Voor wiskundige consistentie trillen deze snaren in 10-dimensionale ruimtetijd. En voor consistentie met onze gebruikelijke alledaagse ervaring van het bestaan ​​in het universum, met drie ruimtelijke en één tijdsdimensie, zijn de zes extra dimensies 'verdicht', zodat ze niet kunnen worden gedetecteerd.

Verschillende compactificaties leiden tot verschillende oplossingen. In de snaartheorie impliceert "oplossing" een vacuüm van ruimte-tijd, dat wordt beheerst door Einsteins theorie van zwaartekracht in combinatie met kwantumveldentheorie. Elke oplossing beschrijft een uniek universum, met een eigen set deeltjes, fundamentele krachten en andere bepalende eigenschappen.

Sommige snaartheoretici hebben hun geconcentreerdpogingen om manieren te vinden om de snaartheorie te verbinden met de eigenschappen van ons bekende waarneembare universum - in het bijzonder het standaardmodel van deeltjesfysica, dat alle bekende deeltjes en krachten beschrijft behalve de zwaartekracht.

De meeste van deze inspanningen hebben betrekking op de versiesnaartheorie waarin de snaren zwak interageren. In de afgelopen twintig jaar heeft een nieuwe tak van de snaartheorie, de F-theorie, fysici echter laten werken met sterk in elkaar grijpende - of sterk verbonden - snaren.

"De interessante resultaten zijn dat wanneer de verbinding groot is, we de theorie heel geometrisch kunnen beginnen te beschrijven," zegt Mirjam Tsvetik van de Universiteit van Pennsylvania in Philadelphia.

Dit betekent dat snaartheoretici dat kunnengebruik algebraïsche meetkunde - die algebraïsche methoden gebruikt voor het oplossen van geometrische problemen - om verschillende verdichtingsmethoden van extra dimensies in F-theorie te analyseren en naar oplossingen te zoeken. Wiskundigen studeren zelfstandig enkele geometrische vormen uit die voorkomen in de F-theorie. "Ze bieden ons, natuurkundigen, uitgebreide tools", zegt Ling Ling, ook van de Universiteit van Pennsylvania. "Geometrie is eigenlijk heel belangrijk, het is de" taal "die van de F-theorie een krachtige structuur maakt."

Quadrillions van universums

En zo, Flower, Lin, James Halverson uitNortheastern University in Boston gebruikte deze methoden om een ​​klasse van oplossingen te identificeren met trillende stringmodi die leiden tot hetzelfde spectrum van fermionen (of deeltjes van materie) als beschreven door het standaardmodel - inclusief het kenmerk waarmee fermionen van drie generaties zijn (bijvoorbeeld een elektron , muon en tau zijn drie generaties van hetzelfde type fermion).

F-theorieoplossingen ontdekt door Flower en haarcollega's bevatten ook deeltjes die chiraliteit demonstreren (geen symmetrie met betrekking tot de rechter- en linkerkant) van het standaardmodel. In de terminologie van de deeltjesfysica reproduceren deze oplossingen het exacte "chirale spectrum" van deeltjes van het standaardmodel. Quarks en leptonen in deze oplossingen hebben bijvoorbeeld de versies links en rechts, zoals in ons universum.

Nieuwe baan laat zien dat er isten minste een viertal oplossingen waarin deeltjes hetzelfde chirale spectrum hebben als in het standaardmodel, wat 10 ordes van magnitude meer oplossingen is dan tot nu toe is gevonden in de snaartheorie. "Dit is verreweg de grootste subklasse van standaardmodeloplossingen", zegt Tsvetik. "Wat verrassend en prettig is, is dat het allemaal in de modus van strak gekoppelde snaartheorie zit, waar geometrie ons helpt."

Een quadrillion is echter een extreem groot aantalen veel minder dan het aantal oplossingen in de F-theorie (die volgens recente berekeningen in de orde van grootte van 10272000 ligt). En omdat dit een extreem groot aantal is dat iets niet-triviaal en waars uitdeelt in de fysica van deeltjes van de echte wereld, zal het met alle striktheid en ernst worden bestudeerd, zegt Halverson.

Verdere studie zal omvattenhet identificeren van sterkere verbindingen met de elementaire deeltjesfysica uit de echte wereld. Onderzoekers moeten de verbindingen of interacties tussen deeltjes in F-theorieoplossingen bepalen, die opnieuw afhankelijk zijn van de geometrische details van de compactificatie van de extra dimensies.

Het is mogelijk dat in quadrillion ruimtebeslissingen zullen enkele beslissingen zijn die leiden tot protonenverval op een afzienbare tijdschaal. Dit zou de echte wereld duidelijk tegenspreken, omdat de experimenten geen tekenen van protonenverval aan het licht brachten. Of natuurkundigen kunnen zoeken naar oplossingen die het spectrum van de deeltjes van het standaardmodel implementeren, met behoud van wiskundige symmetrie (R-pariteit). Deze symmetrie verbiedt bepaalde processen van protonenverval en zou zeer aantrekkelijk zijn vanuit het oogpunt van deeltjesfysica, maar ontbreekt in moderne modellen.

Bovendien veronderstelt dit werk het bestaansupersymmetrieën - dat wil zeggen, alle standaarddeeltjes hebben partnerdeeltjes. De snaartheorie heeft deze symmetrie nodig om wiskundige consistentie van oplossingen te waarborgen.

Maar voor elke supersymmetrie theoriecorrespondeerde met het waarneembare universum, de symmetrie moet worden verbroken (net zoals de installatie van bestek en glas aan de linker- of rechterzijde tegelijk de symmetrie van de tafelinstelling verbreekt). Anders hebben de partnerdeeltjes dezelfde massa als de deeltjes van het standaardmodel - en dit is absoluut niet het geval, omdat we in onze experimenten geen vergelijkbare partnerpartikels hebben gezien.

Denkt u dat er de juiste oplossing zal zijn in de snaartheorie voor ons universum of verspillen natuurkundigen tijd? Vertel het ons in onze chat in Telegram.