A fizikusok, akik kiképezték a húrelmélet „tájját” - milliárd és milliárd matematikai megoldás helyét egy elmélethez, amelyben minden megoldás megadja azokat az egyenleteket, amellyel a fizikusok megpróbálják leírni a valóságot - megbotlottak az egyenletek azon részhalmazán, amelyek annyi anyagrészt tartalmaznak, amennyi van az univerzumunkban. Ez az részhalom azonban hatalmas: van legalább négy milliárd ilyen megoldás. Ez a legnagyobb lelet a húr elméletének történetében.
Az univerzum a húr elméletében
A húrelmélet szerint az összes részecskét és az alapvető erőket apró húrok generálják. A matematikai következetesség érdekében ezek a húrok 10-dimenziós téridőben rezegnek. És az univerzumban való szokásos napi tapasztalatunkkal való összhang érdekében, három térbeli és egy idődimenzióval, a további hat dimenzió "össze van tömörítve", így azokat nem lehet észlelni.
A különböző tömörítések eltérő megoldásokat eredményeznek. A húr-elméletben a „megoldás” a téridő vákuumára utal, amelyet Einstein gravitációs elmélete szabályozott a kvantummező-elmélettel kombinálva. Minden megoldás egy egyedi univerzumot ír le, saját részecskékkel, alapvető erőkkel és egyéb meghatározó tulajdonságokkal.
Néhány húrteoretikus arra összpontosított erőfeszítéseit, hogy megkísérelje megtalálni a húrelméletet az ismert megfigyelhető világegyetem tulajdonságaival - különösen a részecskefizika standard modelljével, amely leírja az összes ismert részecskét és erőt a gravitáció kivételével.
Ezen erőfeszítések nagy része a húrok elméletének olyan verziójából származik, amelyben a húrok gyengén kölcsönhatásba lépnek. Az elmúlt húsz évben azonban a húr-elmélet új, az F-elmélet elnevezésű ága lehetővé tette a fizikusok számára, hogy erősen kölcsönhatásba lépő - vagy szorosan kapcsolt - húrokkal dolgozzanak.
"Érdekes eredmények az, hogy ha a kapcsolat nagy, akkor elkezdhetjük az elmélet geometriai leírását" - mondja Miriam Tsvetik a Philadelphiai Pennsylvaniai Egyetemen.
Promóciós videó:
Ez azt jelenti, hogy a húrteoretikusok algebrai geometriát használhatnak - amely algebrai módszereket alkalmaz a geometriai problémák megoldására - az extra elméletek tömörítésének különféle módjainak elemzésére az F elméletben és megoldások megtalálására. A matematikusok egymástól függetlenül tanulmányozzák az F-elméletben megjelenő geometriai alakzatokat. „Gazdag eszközöket biztosítanak a fizikusoknak” - mondja Ling Lin, a Pennsylvaniai Egyetemen is. "A geometria valójában nagyon fontos, a" nyelv "teszi az F-elméletet erőteljes struktúrává."
Netek milliárd univerzum
Így Tsvetik, Lin, James Halverson, a bostoni északkeleti egyetem felhasználta ezeket a módszereket egy olyan osztály meghatározására, amely vibráló húrmódusokkal jár, és ugyanazon fermionok (vagy anyagrészecskék) spektrumához vezet, ahogyan azt a standard modell leírja - beleértve az tulajdonságot, amelyek miatt a fermionok három nemzedékből állnak (például az elektron, a muon és a tau az azonos típusú fermionok három generációja).
Az F-elmélet megoldásai, amelyeket Tsvetik és kollégái fedeztek fel, tartalmaznak olyan részecskéket is, amelyek királisak (a szimmetria hiánya a jobb és a bal oldalon) a standard modellben. A részecskefizikai terminológiában ezek az oldatok reprodukálják a részecskék pontos "királis spektrumát" a standard modellben. Például ezekben a megoldásokban a kvarkok és a leptonok bal és jobb változatai vannak, mint a mi univerzumunkban.
Az új munka bebizonyítja, hogy vannak legalább négy ezer milliárd megoldás, amelyekben a részecskék ugyanolyan királis spektrummal rendelkeznek, mint a standard modell, 10 nagyságrenddel nagyobb megoldások, mint eddig a húr elméletében találtak. "Ez messze a Standard Model megoldások legnagyobb alosztálya" - mondja Tsvetik. "Ami elképesztő és jó, hogy mindez szorosan kapcsolt húrelméletben található, ahol a geometria segít nekünk."
A quadrillion rendkívül nagy szám, bár jóval kevesebb, mint az F-elméletben szereplő megoldások száma (ami végül 10 272 000 körül számol). És mivel ez egy rendkívül nagy szám, amely elárul valamit, ami nem valósághű és igaz a részecskefizikában a való világban, a legnagyobb szigorú és komolysággal fogják tanulmányozni - mondja Halverson.
A további kutatás magában foglalja a részecskefizikával való erősebb kapcsolatok meghatározását a valós világban. A kutatóknak meg kell határozniuk a részecskék közötti kapcsolatokat vagy kölcsönhatásokat az F-elmélet megoldásaiban, amelyek ismét az extra méretű tömörítés geometriai részleteitől függenek.
Valószínű, hogy egy kvadrillió megoldás térében vannak olyan megoldások, amelyek a proton bomlásához vezetnek az előre látható idő skálákban. Ez egyértelműen ellentmond a valós világnak, mivel a kísérletek nem mutattak ki protonbomlás jeleit. Vagy a fizikusok olyan megoldásokat kereshetnek, amelyek megvalósítják a standard modell részecskék spektrumát, miközben megőrzik a matematikai szimmetriát (R-paritás). Ez a szimmetria megtiltja a protonbontás bizonyos folyamatait, és a részecskefizika szempontjából nagyon vonzó lenne, ám a modern modellekben hiányzik.
Ezenkívül ez a munka feltételezi a szuperszimmetria létezését - azaz minden standard részecskének vannak partner részecskéi. A húros elméletnek szüksége van erre a szimmetriára a megoldások matematikai következetességének biztosításához.
De ahhoz, hogy bármely szuperszimmetria-elmélet illeszkedjen a megfigyelt világegyetemhez, a szimmetriát meg kell szakítani (ugyanúgy, ahogyan az evőeszközöket és egy poharat balra vagy jobbra a szinkronizmusból való elhelyezésével az asztali beállítás szimmetriája megsemmisül). Ellenkező esetben a partner részecskék ugyanolyan tömegűek lesznek, mint a standard modell részecskéi - ami egyértelműen nem ez a helyzet, mivel ilyen kísérleti részecskéket még nem láttak.
Ilya Khel