Füüsikud, kes on kõndinud stringiteooria "maastiku" - miljardite ja miljardite matemaatiliste lahenduste ruumi teooriale, milles iga lahendus pakub võrrandeid, millega füüsikud püüavad tegelikkust kirjeldada - on komistanud selliste võrrandite alamhulka, mis sisaldavad nii palju aineosakesi kui on olemas meie universumis. See alamhulk on aga tohutu: selliseid lahendusi on vähemalt kvadriljon. See on keelteooria ajaloos suurim leid.
Universum keelteoorias
Keelteooria kohaselt tekitavad pisikesed stringid vibreerides kõik osakesed ja põhijõud. Matemaatilise järjepidevuse huvides vibreerivad need stringid 10-mõõtmelises kosmoseajas. Ja järjepidevuse tagamiseks meie tavapärase igapäevase eksisteerimise kogemusega universumis, millel on kolm ruumilist ja ühte ajamõõdet, on täiendavad kuus mõõdet "tihendatud", nii et neid pole võimalik tuvastada.
Erinevad tihendamised viivad erinevate lahendusteni. Keelteoorias osutab „lahendus” kosmoseaja vaakumile, mida juhib Einsteini gravitatsiooniteooria koos kvantvälja teooriaga. Iga lahendus kirjeldab ainulaadset universumit, millel on oma osakeste komplekt, põhijõud ja muud määravad omadused.
Mõned keelteoreetikud on oma jõupingutused keskendunud sellele, et leida viise, kuidas keelte teooriat seostada meie teada oleva vaadeldava universumi omadustega - eriti osakeste füüsika standardmudeliga, mis kirjeldab kõiki teadaolevaid osakesi ja jõude, välja arvatud gravitatsioon.
Suur osa sellest pingutusest tuleb keelte teooria versioonist, milles keelpillid interakteeruvad nõrgalt. Viimase kahekümne aasta jooksul on aga keelte teooria uus haru, mida nimetatakse F-teooriaks, võimaldanud füüsikutel töötada tugevalt interakteeruvate - või tihedalt seotud - keelpillidega.
"Huvitavad tulemused on see, et kui suhe on suur, saame hakata teooriat väga geomeetriliselt kirjeldama," ütleb Miriam Tsvetik Philadelphia Pennsylvania ülikoolist.
Reklaamvideo:
See tähendab, et keelteoreetikud saavad kasutada algebralist geomeetriat - mis kasutab geomeetriliste probleemide lahendamiseks algebralist tehnikat - F-teooria lisamõõtmete tihendamise ja lahenduste leidmise erinevate viiside analüüsimiseks. Matemaatikud uurivad iseseisvalt mõnda F-teoorias esinevat geomeetrilist kuju. "Nad pakuvad meile füüsikutele hulgaliselt tööriistu," ütleb Ling Lin, ka Pennsylvania ülikoolist. "Geomeetria on tegelikult väga oluline, just" keel "teeb F-teooriast võimsa struktuuri."
Quadriljonid universumid
Niisiis, Tsvetik, Lin, James Halverson Bostoni Kirdeülikoolist kasutasid neid meetodeid, et tuvastada vibreerivate stringirežiimidega lahenduste klass, mis viiks sama fermioonide (või aineosakeste) spektrini, nagu on kirjeldatud standardses mudelis - sealhulgas omadusega, mille tõttu fermioone on kolmest põlvkonnast (näiteks elektron, müon ja tau on sama tüüpi fermioonide kolm põlvkonda).
Tsvetiku ja tema kolleegide avastatud F-teooria lahendused hõlmavad ka standardmudeli osakesi, mis ilmutavad kiraalsust (sümmeetria puudumine paremal ja vasakul küljel). Osakestefüüsika terminoloogias reprodutseerivad need lahendused standardses mudelis osakeste täpset "kiraalset spektrit". Näiteks nendes lahendustes olevad kvargid ja leptonid on vasak- ja parempoolsed, nagu meie universumis.
Uus töö näitab, et leidub vähemalt kvadriljonit lahendust, milles osakestel on sama kiraalne spekter kui standardses mudelis, 10 suurusjärgu võrra rohkem lahendusi, kui seda on keelteoorias seni leitud. "See on vaieldamatult standardmudeli lahenduste suurim alamklass," ütleb Tsvetik. "Mis on hämmastav ja tore on see, et see kõik on tihedalt seotud keelte teoorias, kus geomeetria aitab meid."
Kvadriljon on äärmiselt suur arv, ehkki palju vähem kui F-teooria lahenduste arv (mis lõpuks on umbes 10 272 000). Ja kuna see on äärmiselt suur arv, mis reedab osakestefüüsikas midagi mittetriviaalset ja tõest, uuritakse seda ülima ranguse ja tõsidusega, väidab Halverson.
Edasine uurimine hõlmab tugevamate seoste tuvastamist osakestefüüsikaga tegelikus maailmas. Teadlased peavad F-teooria lahendustes tuvastama osakeste seosed või interaktsioonid, mis jällegi sõltuvad lisamõõtmete tihendamise geomeetrilistest üksikasjadest.
On täiesti võimalik, et kvadriljoni lahenduse ruumis leidub lahendusi, mis viivad prootonite lagunemiseni eeldatavates ajakavades. See läheks ilmselgelt vastuollu reaalse maailmaga, kuna katsed ei tuvastanud prootonite lagunemise märke. Või võiksid füüsikud otsida lahendusi, mis rakendaksid standardmudeli osakeste spektrit, säilitades samas matemaatilise sümmeetria (R-pariteet). See sümmeetria keelab teatud prootonite lagunemise protsessid ja see oleks osakeste füüsika seisukohast väga atraktiivne, kuid tänapäevastes mudelites see puudub.
Lisaks eeldab see töö supersümmeetria olemasolu - see tähendab, et kõigil standardosakestel on partnerosakesed. Keelteooria vajab seda sümmeetriat lahenduste matemaatilise järjepidevuse tagamiseks.
Kuid selleks, et supersümmeetria teooria sobiks vaadeldava universumiga, tuleb sümmeetria murda (samamoodi, kui söögiriistade ja klaasi vasakul või paremal küljel sünkroonist väljas asetamine rikuks lauaasetuse sümmeetriat). Vastasel juhul on partnerosakeste mass sama, mis standardmudeli osakeste massil - see pole kindlasti nii, kuna me pole oma katsetes selliseid partneriosakesi näinud.
Ilja Khel
