Descoperit un quadrillion de moduri de a crea universul nostru în teoria corzilor

Fizicienii care s-au rătăcit în teoria "peisajului"șiruri - spații de miliarde și miliarde de soluții matematice la o teorie în care fiecare soluție oferă ecuații pe care fizicienii încearcă să le descrie în realitate - au dat peste un subset de astfel de ecuații care includ cât mai multe particule de materie existente în universul nostru. Totuși, acesta este un subset uriaș: există cel puțin un cvadrilion de astfel de soluții. Aceasta este cea mai mare descoperire din istoria teoriei corzilor.

String theory

Potrivit teoriei corzilor, toate particulele șiforțele fundamentale apar în procesul de vibrații de mici șiruri de caractere. Pentru consistența matematică, aceste șiruri vibrează în spațiu-spațiu de 10 dimensiuni. Și pentru consecvența cu experiența obișnuită de zi cu zi a existenței în Univers, cu trei dimensiuni spațiale și una temporală, cele șase dimensiuni suplimentare sunt "compactizate", astfel încât acestea nu pot fi detectate.

Diferitele compactificări conduc la soluții diferite. În teoria corzilor, "soluția" implică un vacuum spațial-timp, care este guvernat de teoria gravitației lui Einstein în combinație cu teoria câmpului cuantic. Fiecare soluție descrie un univers unic, cu un set propriu de particule, forțe fundamentale și alte proprietăți definitorii.

Unii teoreticieni de coarde s-au concentrateforturile de a încerca să găsească modalități de a lega teoria corzilor cu proprietățile bine cunoscute ale Universului observabil - în special modelul standard al fizicii particulelor, care descrie toate particulele și forțele cunoscute, cu excepția gravitației.

Majoritatea acestor eforturi sunt legate de versiuneteoria șirului în care șirurile interacționează slab. Cu toate acestea, în ultimii douăzeci de ani, o nouă ramură a teoriei corzilor, numită F-teorie, a permis fizicilor să lucreze cu șiruri puternice de interacțiune - sau puternic conectate -.

"Rezultatele interesante sunt că atunci când conexiunea este mare, putem începe să descriem teoria foarte geometric", spune Mirjam Tsvetik de la Universitatea din Pennsylvania din Philadelphia.

Aceasta înseamnă că teoreticienii de șir potutilizează geometria algebrică - care utilizează metode algebrice pentru a rezolva problemele geometrice - pentru a analiza diferite metode de compactificare a dimensiunilor suplimentare în teoria F și căutarea de soluții. Matematicienii studiază independent unele forme geometrice care apar în teoria F. "Ei ne furnizează, fizicienii, cu instrumente extinse", spune Ling Lin, de asemenea, de la Universitatea din Pennsylvania. "Geometria este de fapt foarte importantă, este" limba "care face F-teoria o structură puternică."

Quadrilioane de universuri

Și așa, Flower, Lin, James Halverson de laUniversitatea Northeasternă din Boston a folosit aceste metode pentru a identifica o clasă de soluții cu moduri vibratoare de șir care conduc la același spectru de fermioane (sau particule de materie) descrise de modelul standard - inclusiv caracteristica prin care fermionele sunt trei generații , muon și tau sunt trei generații de același tip de fermion).

Soluții de teorie F descoperite de Flower și de eacolegii includ și particule care demonstrează chiralitatea (fără simetrie în ceea ce privește partea dreaptă și cea stângă) a modelului standard. În terminologia fizicii particulelor, aceste soluții reproduc exact "spectrul chiral" al particulelor modelului standard. De exemplu, cuarcile și leptonii din aceste soluții au versiunea stânga și cea dreaptă, ca și în Universul nostru.

O nouă lucrare arată că existăcel puțin o soluție de patru miliarde, în care particulele au același spectru chiral ca în modelul standard, care este cu 10 ordine de mărime mai multe soluții decât a fost găsit în teoria corzilor până acum. "Aceasta este de departe cea mai mare subclasă de soluții Standard Model", spune Tsvetik. "Ceea ce este surprinzător și plăcut este că este totul în modul de teorie strâns legată de șir, unde ne ajută geometria".

Un cvadrilion este un număr extrem de mare, deșiși mult mai mic decât numărul de soluții din teoria F (care, conform recentelor calcule, este de ordinul a 10272000). Și din moment ce acesta este un număr extrem de mare care produce ceva non-trivial și adevărat în fizica particulelor lumii reale, va fi studiat cu toată rigoarea și seriozitatea, spune Halverson.

Studiul suplimentar va includeidentificând legături mai puternice cu fizica elementară a particulelor din lumea reală. Cercetătorii trebuie să determine conexiunile sau interacțiunile dintre particule în soluțiile teoriei F, care depind din nou de detaliile geometrice ale compactizării dimensiunilor suplimentare.

Este posibil ca în spațiul cvadrilioanedeciziile vor fi unele decizii care duc la dezintegrarea protonilor într-o perioadă de timp previzibilă. Acest lucru ar contrazice în mod clar lumea reală, deoarece experimentele nu au dezvăluit semne de dezintegrare a protonilor. Sau, fizicienii ar putea căuta soluții care să pună în aplicare spectrul de particule ale modelului standard care păstrează simetria matematică (R-paritate). Această simetrie interzice anumite procese de dezintegrare a protonilor și ar fi foarte atractivă din punctul de vedere al fizicii particulelor elementare, dar absentă în modelele moderne.

În plus, această lucrare presupune existențasupersimetriile - adică toate particulele standard au particule partenere. String teoria are nevoie de această simetrie pentru a asigura coerența matematică a soluțiilor.

Dar pentru orice teorie a supersimetrieia corespuns universului observabil, simetria ar trebui să fie spartă (la fel cum instalarea tacâmurilor și a sticlei pe partea stângă sau pe dreapta rupe simultan simetria setării mesei). În caz contrar, particulele partenere vor avea aceeași masă ca particulele modelului standard - și acest lucru nu este cu siguranță cazul, deoarece nu am văzut particule similare de partener în experimentele noastre.

Credeți că va exista soluția potrivită în teoria stringurilor noastre pentru Universul nostru sau va pierde timpul fizicii? Spune-ne în chat-ul nostru în Telegramă.