Fizikai, išsivaikščioję iš stygų teorijos „kraštovaizdžio“- milijardų ir milijardų matematinių sprendimų, esančių teorijoje, kurioje kiekvienas sprendimas pateikia lygtis, kuriomis fizikai bando apibūdinti tikrovę, erdvės, suklupo po tokių lygčių pogrupį, kuriame yra tiek materijos dalelių, kiek yra. mūsų visatoje. Tačiau šis pogrupis yra didžiulis: yra bent kvadrilijonas tokių sprendimų. Tai yra didžiausias radinys styginių teorijos istorijoje.
- „Salik.biz“
Visata stygų teorijoje
Pagal stygų teoriją, visas daleles ir pagrindines jėgas sukuria vibruojančios mažos stygos. Siekdamos matematinio nuoseklumo, šios stygos vibruoja 10 matmenų erdvės laiku. Norėdami suderinti mūsų įprastą kasdienę egzistavimo Visatoje patirtį, turėdami tris erdvinius ir vieną laiko matmenis, papildomos šešios dimensijos yra „sutankintos“, kad jų neįmanoma aptikti.
Skirtingi kompaktiškumai lemia skirtingus sprendimus. Styginių teorijoje „sprendimas“reiškia erdvėlaikio vakuumą, kurį valdo Einšteino gravitacijos teorija kartu su kvantinio lauko teorija. Kiekvienas sprendimas apibūdina unikalią visatą su savo dalelių rinkiniu, pagrindinėmis jėgomis ir kitomis apibrėžiančiomis savybėmis.
Kai kurie styginių teoretikai sutelkė savo pastangas bandydami rasti būdus, kaip styginių teoriją susieti su mums žinomos stebimos visatos savybėmis - ypač Standartiniu dalelių fizikos modeliu, kuris apibūdina visas žinomas daleles ir jėgas, išskyrus gravitaciją.
Didžioji šių pastangų dalis kyla iš styginių teorijos versijos, kurioje stygos silpnai sąveikauja. Tačiau per pastaruosius dvidešimt metų nauja styginių teorijos šaka, vadinama F-teorija, leido fizikams dirbti su stipriai sąveikaujančiomis ar glaudžiai susietomis stygomis.
„Įdomūs rezultatai yra tai, kad kai santykiai yra dideli, galime pradėti apibūdinti teoriją labai geometriškai“, - sako Miriam Tsvetik iš Pensilvanijos universiteto Filadelfijoje.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tai reiškia, kad stygų teoretikai gali naudoti algebrinę geometriją, kuri naudoja algebrinius metodus geometrinėms problemoms spręsti, analizuoti įvairius F teorijos papildomų matmenų sutankinimo būdus ir rasti sprendimus. Matematikai savarankiškai nagrinėja kai kurias geometrines figūras, atsirandančias F teorijoje. „Jie teikia mums fizikams daugybę įrankių“, - sako Ling Lin, taip pat iš Pensilvanijos universiteto. "Geometrija iš tikrųjų yra labai svarbi, būtent" kalba "padaro F teoriją galinga struktūra."
Kvadrilijonai visatų
Taigi, Tsvetikas, Linas, Jamesas Halversonas iš Bostono šiaurės rytų universiteto naudojo šiuos metodus, kad nustatytų sprendimų klasę su vibruojančiais stygų režimais, kurie lemia tą patį fermijų (arba materijos dalelių) spektrą, kaip aprašyta standartiniame modelyje, įskaitant nuosavybę, dėl kurių fermionai yra trijų kartų (pavyzdžiui, elektronai, muonas ir tau yra trys to paties tipo fermionų kartos).
F-teorijos sprendimuose, kuriuos atrado Tsvetik ir jos kolegos, taip pat yra standartinio modelio dalelių, pasižyminčių chirališkumu (trūksta simetrijos dešinėje ir kairėje pusėse). Dalelių fizikos terminijoje šie sprendimai atkuria tikslų dalelių „chiralinį spektrą“standartiniame modelyje. Pavyzdžiui, šių sprendimų kvarkai ir leptonai turi kairę ir dešinę versijas, kaip mūsų visatoje.
Naujas darbas rodo, kad yra bent kvadrilijonų sprendimų, kuriuose dalelės turi tokį patį chiralinį spektrą kaip ir standartiniame modelyje, ty 10 didumo laipsnių daugiau sprendimų, nei iki šiol nustatyta stygų teorijoje. „Tai yra pats didžiausias standartinio modelio sprendimų poklasis“, - sako Tsvetik. „Nuostabu ir malonu yra tai, kad viskas vyksta glaudžiai sujungtoje stygų teorijoje, kur mums padeda geometrija“.
Kvadrilijonai yra nepaprastai didelis skaičius, nors ir žymiai mažesnis nei F teorijos sprendimų skaičius (kuris pagaliau yra apie 10 272 000). Ir kadangi tai yra nepaprastai didelis skaičius, kuris realiame pasaulyje išduoda kažkokį netradicinį ir teisingą dalelių fizikoje, jis bus tiriamas su didžiausiu griežtumu ir rimtumu, sako Halversonas.
Tolesni tyrinėjimai apims tvirtesnių ryšių su dalelių fizika realiame pasaulyje nustatymą. Tyrėjai turi nustatyti jungtis ar sąveiką tarp dalelių F teorijos sprendimuose, kurie vėlgi priklauso nuo papildomų matmenų sutankinimo geometrinių detalių.
Visiškai tikėtina, kad kvadrilijono tirpalų erdvėje bus keletas sprendimų, sukeliančių protono skilimą numatomomis laiko skalėmis. Tai aiškiai prieštarautų realiajam pasauliui, nes eksperimentai neatskleidė jokių protonų skilimo požymių. Arba fizikai galėtų ieškoti sprendimų, kurie įgyvendintų standartinio modelio dalelių spektrą, išlaikant matematinę simetriją (R-paritetą). Ši simetrija uždraudžia tam tikrus protonų skilimo procesus ir būtų labai patraukli elementariųjų dalelių fizikos požiūriu, tačiau šiuolaikiniuose modeliuose jos nėra.
Be to, šiame darbe daroma prielaida, kad egzistuoja supersimetrija - tai yra, visos standartinės dalelės turi partnerių daleles. Styginių teorijai reikalinga ši simetrija, kad būtų užtikrintas matematinis sprendimų nuoseklumas.
Bet kad bet kuri supersimetrijos teorija atitiktų stebimą visatą, simetrija turi būti sulaužyta (lygiai taip, kaip stalo įrankių ir stiklinės kairėje arba dešinėje pusėje esančios nesinchronizavimas pažeistų stalo nustatymo simetriją). Priešingu atveju partnerio dalelių masė bus tokia pati kaip standartinio modelio dalelių - to tikrai nėra, nes tokių partnerių dalelių savo eksperimentuose dar nematėme.
Ilja Khel