Fyysikot, jotka ovat harhaan johtoteorian "maisemaa" - miljardeja ja miljardeja matemaattisten ratkaisujen tilaa teorialle, jossa kukin ratkaisu tarjoaa yhtälöt, joiden avulla fyysikot yrittävät kuvata todellisuutta - kompastuivat sellaisten yhtälöiden alajoukkoon, jotka sisältävät niin monta ainepartikkelia kuin on meidän universumissamme. Tämä osajoukko on kuitenkin valtava: sellaisia ratkaisuja on ainakin neljä miljardia. Tämä on merkkijonoteorian historian suurin löytö.
Universumi jousiteoriassa
Jousateorian mukaan kaikki hiukkaset ja perustavoimat syntyy värisevällä pienellä kielellä. Matemaattisen johdonmukaisuuden vuoksi nämä jouset värähtelevät 10-ulotteisessa avaruusajassa. Ja johdonmukaisuuden saavuttamiseksi tavanomaisen arjen olemassaolon suhteen maailmankaikkeuteen, jolla on kolme alueellista ja yhtä aikaulottuvuutta, kuusi ylimääräistä ulottuvuutta "tiivistetään" siten, että niitä ei voida havaita.
Erilaiset tiivistykset johtavat erilaisiin ratkaisuihin. Merkkijono-teoriassa”ratkaisu” viittaa avaruusajan tyhjiöön, jota säätelee Einsteinin painovoiman teoria yhdistettynä kvanttikenttäteoriaan. Jokainen ratkaisu kuvaa ainutlaatuisen maailmankaikkeuden, jolla on omat hiukkaset, perusvoimat ja muut määrittelevät ominaisuudet.
Jotkut joustoteoreetikot ovat keskittyneet pyrkimyksiinsä löytää tapoja yhdistää jousuteoria tunnetun havaittavan universumin ominaisuuksiin - erityisesti hiukkasfysiikan vakiomalliin, joka kuvaa kaikkia tunnettuja hiukkasia ja voimia painovoimaa lukuun ottamatta.
Suuri osa tästä työstä tulee joustoteorian versiosta, jossa jouset ovat vuorovaikutuksessa heikosti. Viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana F-teoriaksi kutsuttu uusi jousiteorian haara on kuitenkin antanut fyysikoille mahdollisuuden työskennellä voimakkaasti vuorovaikutuksessa olevien tai tiukasti kytkettyjen jousien kanssa.
"Mielenkiintoisia tuloksia on, että kun suhde on suuri, voimme alkaa kuvata teoriaa hyvin geometrisesti", sanoo Miriam Tsvetik Philadelphian Pennsylvanian yliopistosta.
Mainosvideo:
Tämä tarkoittaa, että merkkijono-teoreetikot voivat käyttää algebrallista geometriaa - joka käyttää algebrallisia menetelmiä geometristen ongelmien ratkaisemiseksi - analysoida erilaisia tapoja tiivistää ylimääräisiä ulottuvuuksia F-teoriassa ja löytää ratkaisuja. Matemaatikot tutkivat itsenäisesti joitain F-teoriassa esiintyviä geometrisia muotoja. "He tarjoavat meille fyysikoille runsaasti työkaluja", sanoo Ling Lin, myös Pennsylvanian yliopistosta. "Geometria on itse asiassa erittäin tärkeä, se on" kieli ", joka tekee F-teoriasta voimakkaan rakenteen."
Neljä miljardia maailmankaikkeuksia
Ja niin Tsvetik, Lin, James Halverson Bostonin Koillis-yliopistosta käyttivät näitä menetelmiä tunnistamaan ratkaisuluokan, jossa on värähtelevät jousemoodit, jotka johtavat samaan fermionien (tai ainehiukkasten) spektriin kuin standardimallin on kuvailtu - mukaan lukien omaisuus, minkä vuoksi fermioneilla on kolme sukupolvea (esimerkiksi elektronit, muonit ja tau ovat kolme saman sukupolven fermioneja).
Tsvetikin ja hänen kollegoidensa löytämät F-teorian ratkaisut sisältävät myös vakiomallin kiraalia (symmetrian puute oikealla ja vasemmalla puolella) hiukkasia. Hiukkasfysiikan terminologiassa nämä ratkaisut toistavat hiukkasten tarkan "kiraalisen spektrin" standardimallissa. Esimerkiksi näiden ratkaisujen kvarkeilla ja leptoneilla on vasen ja oikea versio, kuten universumissamme.
Uusi työ osoittaa, että on ainakin kvadriljoonaa ratkaisua, joissa hiukkasilla on sama kiraalinen spektri kuin standardimallissa, mikä on 10 suuruusluokkaa enemmän ratkaisuja kuin jousiteoriassa toistaiseksi on löydetty. "Tämä on selvästi suurin standardimallien alaluokka", Tsvetik sanoo. "Mikä on hämmästyttävää ja mukavaa on, että kaikki on tiiviisti kytketyssä kieliteoriassa, jossa geometria auttaa meitä."
Neljämiljoona on erittäin suuri määrä, vaikkakin paljon vähemmän kuin F-teoriassa olevien ratkaisujen määrä (joka viimeinkin on noin 10 272 000). Ja koska se on erittäin suuri lukumäärä, joka pettää jotain ei-triviaalia ja totta hiukkasfysiikassa todellisessa maailmassa, sitä tutkitaan äärimmäisen tarkasti ja vakavasti, Halverson sanoo.
Jatkotutkimuksiin sisältyy vahvempien linkkien tunnistaminen hiukkasfysiikkaan todellisessa maailmassa. Tutkijoiden on tunnistettava hiukkasten väliset yhteydet tai vuorovaikutukset F-teorian ratkaisuissa, jotka taas riippuvat ylimääräisen ulottuvuuden tiivistämisen geometrisista yksityiskohdista.
On täysin mahdollista, että kvadriljoonaisten ratkaisujen tilassa on joitain ratkaisuja, jotka johtavat protonin hajoamiseen ennakoitavissa olevissa aikaväleissä. Tämä olisi selvästi ristiriidassa todellisen maailman kanssa, koska kokeet eivät paljastaneet mitään merkkejä protonien hajoamisesta. Tai fyysikot voisivat etsiä ratkaisuja, jotka toteuttavat standardimallin hiukkasten spektrin, samalla kun säilytetään matemaattinen symmetria (R-pariteetti). Tämä symmetria kieltää tietyt protonien hajoamisprosessit ja olisi erittäin houkutteleva hiukkasfysiikan kannalta, mutta sitä ei ole nykyaikaisissa malleissa.
Lisäksi tässä työssä oletetaan olevan supersymmetria - eli kaikissa vakiopartikkeleissa on kumppanipartikkeleita. Jousteoria tarvitsee tämän symmetrian ratkaisujen matemaattisen johdonmukaisuuden varmistamiseksi.
Mutta jotta mikä tahansa supersymmetriateoria sopisi havaittavissa olevaan maailmankaikkeuteen, symmetria on rikottava (aivan kuten se, että ruokailuvälineiden ja lasin asettaminen vasemmalle tai oikealle puolelle synkronoituisi, rikkoisi pöytäaseman symmetrian). Muutoin kumppanipartikkeleilla on sama massa kuin standardimallin hiukkasilla - mikä ei todellakaan ole kyse, koska emme ole nähneet sellaisia kumppanipartikkeleita kokeissamme.
Ilja Khel