Fizicienii care au rătăcit „peisajul” teoriei de coarde - un spațiu de miliarde și miliarde de soluții matematice la o teorie în care fiecare soluție furnizează ecuațiile cu care fizicienii încearcă să descrie realitatea - s-au împiedicat de un subset de astfel de ecuații care includ atât de multe particule de materie cât există. în universul nostru. Cu toate acestea, acest subset este uriaș: există cel puțin un sfert de astfel de soluții. Aceasta este cea mai mare descoperire din istoria teoriei de coarde.
Universul în teoria corzilor
Conform teoriei corzilor, toate particulele și forțele fundamentale sunt generate de șiruri minuscule vibrante. Pentru consistență matematică, aceste șiruri vibrează într-un spațiu 10 dimensional. Și pentru a fi în concordanță cu experiența noastră obișnuită de zi cu zi de existență în Univers, cu trei dimensiuni spațiale și o singură dată, cele șase dimensiuni suplimentare sunt „compactizate”, astfel încât acestea nu pot fi detectate.
Compactificări diferite duc la soluții diferite. În teoria șirurilor, „soluția” se referă la vidul spațiu-timpului, care este guvernată de teoria gravitației lui Einstein combinată cu teoria cuantică a câmpurilor. Fiecare soluție descrie un univers unic, cu propriul său set de particule, forțe fundamentale și alte proprietăți definitorii.
Unii teoreticieni de coarde și-au concentrat eforturile pe încercarea de a găsi modalități de a lega teoria șirurilor cu proprietățile universului nostru observabil cunoscut - în special, modelul standard al fizicii particulelor, care descrie toate particulele și forțele cunoscute, cu excepția gravitației.
O mare parte din acest efort provine dintr-o versiune a teoriei șirurilor în care șirurile interacționează slab. În ultimii douăzeci de ani, însă, o nouă ramură a teoriei coardelor numită teoria F a permis fizicienilor să lucreze cu șiruri de interacțiune puternică - sau strâns cuplate -.
„Rezultatele interesante sunt că atunci când relația este mare, putem începe să descrie teoria foarte geometric”, spune Miriam Tsvetik, de la Universitatea din Pennsylvania din Philadelphia.
Video promotional:
Aceasta înseamnă că teoreticienii cu șiruri pot folosi geometria algebrică - care folosește metode algebrice pentru rezolvarea problemelor geometrice - pentru a analiza diferite modalități de compactare a dimensiunilor suplimentare în teoria F și de a găsi soluții. Matematicienii studiază în mod independent unele dintre formele geometrice care apar în teoria F. „Ne oferă fizicienilor o multitudine de instrumente”, spune Ling Lin, tot de la Universitatea din Pennsylvania. "Geometria este de fapt foarte importantă, este limbajul care face din teoria F o structură puternică."
Cvadrilaje de universuri
Și uite așa, Tsvetik, Lin, James Halverson, de la Universitatea Northeastern din Boston, au utilizat aceste metode pentru a identifica o clasă de soluții cu moduri de coarde vibrante care duc la același spectru de fermioni (sau particule de materie) descrise de modelul standard - inclusiv proprietatea, datorită cărora fermionii sunt de trei generații (de exemplu, electronul, muonul și tau sunt trei generații ale aceluiași tip de fermioni).
Soluțiile teoriei F descoperite de Tsvetik și colegii ei includ, de asemenea, particule care prezintă chiralitate (lipsa de simetrie cu privire la partea dreaptă și la stânga) a Modelului Standard. În terminologia fizicii particulelor, aceste soluții reproduc „spectrul chiral” exact al particulelor din Modelul Standard. De exemplu, quark-urile și leptonele din aceste soluții au versiuni stânga și dreapta, ca în universul nostru.
Noua lucrare arată că există cel puțin un sfert de soluții în care particulele au același spectru chiral ca în Modelul standard, cu 10 ordine de magnitudine mai multe soluții decât s-a găsit până acum în teoria șirurilor. „Aceasta este de departe cea mai mare subclasă de soluții de model standard”, spune Tsvetik. "Ce este uimitor și frumos este că totul este în teoria strânsului cupluri strâns, unde geometria ne ajută."
Quadrillion este un număr extrem de mare, deși este mult mai mic decât numărul de soluții din teoria F (care, în cele din urmă, este de aproximativ 10.272.000). Și, deoarece este un număr extrem de mare, care trădează ceva care nu este banal și este adevărat în fizica particulelor din lumea reală, acesta va fi studiat cu toată rigoarea și seriozitatea, spune Halverson.
Explorarea ulterioară va include identificarea legăturilor mai puternice cu fizica particulelor din lumea reală. Cercetătorii trebuie să identifice conexiunile sau interacțiunile dintre particule din soluțiile de teorie F, care depind din nou de detaliile geometrice ale compactificării dimensiunilor suplimentare.
Este foarte posibil ca în spațiul unui sfert de soluții să existe câteva soluții care să conducă la degradarea unui proton în scări de timp previzibile. Acest lucru ar contrazice clar lumea reală, deoarece experimentele nu au evidențiat niciun semn de descompunere a protonilor. Sau fizicienii ar putea căuta soluții care să implementeze spectrul de particule ale modelului standard, păstrând în același timp simetria matematică (paritatea R). Această simetrie interzice anumite procese de descompunere a protonilor și ar fi foarte atractivă din punct de vedere al fizicii particulelor, dar este absentă în modelele moderne.
În plus, această lucrare presupune existența supersimetriei - adică toate particulele standard au particule partenere. Teoria șirurilor are nevoie de această simetrie pentru a asigura consistența matematică a soluțiilor.
Însă, pentru ca orice teorie a supersimetriei să se potrivească universului observabil, simetria trebuie să fie ruptă (la fel cum așezarea tacâmurilor și un pahar pe partea stângă sau dreapta în sincronizare ar rupe simetria setării tabelului). În caz contrar, particulele partenere vor avea aceeași masă ca particulele modelului standard - ceea ce cu siguranță nu este cazul, din moment ce nu am văzut nicio astfel de particule partenere în experimentele noastre.
Ilya Khel
