一些物理学家坚信“弦论景观”,认为得出的大量的数学上的解。

文章作者:管理一号 | 2019-05-05
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来历:举世科学

一些物理学家深信“弦论景象”,以为得出的很多的数学上的解,每个解对应的方程能够描绘一个国际。偶然之间,他们发现在这些解中,有一个与咱们的国际有着相同粒子组成的方程子集。这是一个至少有千万亿解的解集,也是迄今为止在弦论中发现最大的。

在弦论中,一切粒子和根本力都来自细小的弦的振荡。在数学上,这些弦应该在10维时空中振荡。但咱们仅仅日子在三维空间和一维时间中,其他的六个维度无法勘探到,被“紧致化”(compactified)到极小的尺度上。

不同的紧致化办法会导致不同的解。弦论中的每个解代表了一种真空,遭到耦合的爱因斯坦引力理论和量子场论操控。每个解都描绘了一个共同的国际,这个国际里有共同的根本粒子、根本力及其他特点。

一些弦论学家在尽力寻觅弦论与实践国际特性之间的联络,特别它是与粒子物理规范模型之间的联络。规范模型描绘了一切已知粒子和除引力之外的一切作用力。

在这些测验运用的弦论模型中,弦通常是弱耦合的,可是在曩昔二十年间,弦论发展出一个新的分支,称为F理论(F-theory)。运用这个新理论,科学家能够处理相互作用较强,或者说强耦合的弦。

“惊喜的是,强耦合下的弦论能够经过几许来描绘。”宾夕法尼亚大学的Mirjam Cvetic说。

这意味着弦论学家能够运用代数几许剖析F理论中额定维紧致化的办法以及对应的解。数学家一向在独登时研讨F理论中的几许方法。“他们为物理学家贡献了一个巨大的工具包,”同来自宾夕法尼亚大学的Ling Lin说,“正是几许学为F理论构建了如此强壮的结构。”

现在,Cvetic、Lin、美国东北大学的James Halverson等人现已使用这种办法找到了一类弦论的解,其间弦的振荡模式能够得出与规范模型描绘的粒子类似的费米子谱系(也便是物质粒子),例如,解中的费米子也有三代(在规范模型中,电子、μ子和τ子便是同一类费米子的三代成员)。

Cvetic及搭档发现的F理论解也有规范模型下的手性粒子,这些解精确重现了规范模型粒子的“手征谱”。例如,解中的夸克、轻子和咱们国际中的相同,分别是左手和右手性的。

这项新作业标明,至少有千万亿个解与规范模型中的粒子有相同的手征谱,比此前找到的解多10个数量级。“这是最大的规范模型解调集,”Cvetic说,“有些意外的是,这样的解出现在强耦合弦论系统中,是几许学帮到了咱们。”

千万亿相对于F理论中的景象解(大约1010272000)来说,并不是很大。但它仍然是一个十分巨大的数字,“它能够协助咱们处理粒子物理中十分重要的问题。咱们应该仔细深化地去研讨。” Halverson说。

进一步研讨将与实践国际中的粒子物理学树立更强的联络。研讨人员仍需研讨F理论下粒子之间的耦合或相互作用,而这又取决于额定维紧致化的几许细节。

在千万亿解的空间中,某些解的耦合办法或许会导致质子在可调查的时间尺度内衰变。这明显与实践不符,由于暂时没有试验能看到任何质子衰变的痕迹。或许,物理学家能够寻觅既满意规范模型粒子谱,又保留了一种数学对称性,也便是R奇偶校验(R-parity)的解。“这种对称性制止某些质子衰变进程。从粒子物理的视点来看十分吸引人,但一向没有出现在现有的模型中。”Lin说。

此外,这项作业的条件是超对称存在,也便是说一切规范模型粒子都有伴侣粒子。弦论需求这种对称性来确保解的数学一致性。

可是,为了使超对称理论与可观测的国际相吻合,必需要打破对称性。不然,伴侣粒子将具有与规范模型粒子相同的质量,可是明显咱们从未在试验中调查到这样的粒子。

至关重要的是,大型强子对撞机(LHC)的试验也证明了,即便超对称理论是正确的,它在LHC可勘探能量范围内并没有被打破,由于LHC没有发现任何超对称粒子。

弦论学家以为,超对称性或许只会在极高的能量下被损坏,并且暂时无法在试验上到达。“弦论的希望是高能下的超对称的损坏,这与LHC的数据彻底一致,是彻底有或许的,”Halverson说,“至于能否完成,还需求进一步剖析。”

虽然有不少缺点,但其他弦论学家对这项新作业表明了附和。麻省理工学院的弦论学家华盛顿·泰勒(Washington Taylor)说:“这是在用弦论解说规范模型粒子特性时,十分重要的一步。”

“这是一项十分好的作业,”F理论的始创人,哈佛大学的Cumrun Vafa说,“事实上,经过改动几许和拓扑结构,不只能够满意爱因斯坦方程,还能得到咱们想要的粒子谱。”

但Vafa和Taylor也表明,现在这些解还远远不能与规范模型完美匹配,但会是弦论的终极目标之一。Vafa也以为,虽然弦景象解集如此大,总有一个共同的解会有咱们的国际相符合。“我信任会有一个的,”他说。可是,“要证明这点并不简单。”

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