Slėpti ir ieškoti 11 erdvėje

Slėpti ir ieškoti 11 erdvėje

Aleksandras Gorskis
"Trejybės pasirinkimas" № 17 (211), 2016 rugpjūčio 23 d

2016 m. "Dirac" apdovanojimas buvo apdovanotas Arkadijaus Weinšteino, Michailo Shifmano iš Minesotos universiteto Teorinės fizikos instituto Fain instituto ir Prinstono universiteto Pažangiųjų studijų instituto Nathan Seiberg. Neįvykdyti kvantinės chromodinamikos rezultatai už teorijos pasipiktinimo ir tikslių rezultatų supersümimetrinių teorijų ("Supersimetrinių lauko teorijų srityje") Prizas tikrai nusipelno.

Aleksandras Gorskas, IITP RAS

Kas yra už šių sausų formulių? Pagrindinis žaidėjas šiame žaidime yra kvantinė chromodinamika vakuumas (toliau – QCD) – stiprios sąveikos teorija, kurią 1973 m. sukūrė Murray Gell-Mann, Heinrich Leitvillers ir Harald Fritch. Praėjo daugiau kaip 40 metų, o QCD vakuumas yra pagrindinis sistemos būklė, todėl nėra žinoma.

Pasirodo standartinis rašybos ženklas: "QCD vakuumas yra dvigubas superlaidukas", bet tai, kad supratimas yra labai apytikslis ir dar neįgyjamas iš pirmųjų kvantinės lauko teorijos principų, yra aiškus visiems.Klausimas apie QCD vakuumą arba, kitaip tariant, gimdymo problema (kvarko sulaikymas) yra teisingai tarp trijų svarbiausių pagrindinės fizikos problemų, kartu su klausimu apie kvantinio gravitacijos ir tamsiosios energijos bei tamsios materijos prigimtį.

Taigi, dulkių QCD. Mes žinome, kad QCD yra asimptotinai laisva teorija; ty QCD elementariosios dalelės – gluonai ir kvarkai silpnai sąveikauja tarpusavyje mažais atstumais ir stipriai bendrauja dideliose. Skaitytojas turėtų būti atsargus: žodis "didelis" ir "mažas" turi būti labai atsargūs: jie priklauso labai nedideliems atstumams nuo makroskopo požiūriu, o pati teorija nustato mastą, nuo kurio mes skaičiuojame vertes.

A. Weinstein ir M. Shifman. Nuotrauka iš "Facebook"

Dėl to, kad atstumas tarp sąveikos jėgų didėja, tarp kvarkų traukiasi eilutė, kuri neleidžia kvarkams egzistuoti savarankiškai – tai yra sulaikymo fenomenas (iš anglų kalbos). gimdymas – sulaikymas, apribojimas. – Ed.) Kaip atsiranda QCD eilutė ir kokia QCD vakuumo nuosavybė yra jos atsiradimo priežastis, yra labai sudėtingas klausimas. Pastebiu, kad tai yra bandymai patenkintiaprašymai dalelių sklaida stiprios sąveikos teorijoje ir paskatino sukurti stygos teoriją 1960-ųjų pabaigoje – 70-ųjų pradžioje.

Fizikai domisi įvairiomis dalelių savybėmis – mezoniams ir barijonams, jų lūžiams ir transformacijoms. Ar įmanoma juos apskaičiuoti savarankiškai? Jei mes užduosime tokį užduotį, turime atsižvelgti į tai, kad, kaip ir bet koks kvantinis objektas, QCD vakuumas yra labai svyruojanti terpė, nuolat gimsta ir miršta virtualūs sužadinimo būdai. Be to, situacija su QCD vakuumu yra sudėtinga dėl to, kad jame yra dviejų tipų vakuumo svyravimai, kurie paprastumo dėlei vadiname mažais ir dideliais.

Aiškumo dėlei verta įsivaizduoti suspensijos švytuoklę. Jam mažų svyravimų yra nedideli svyravimo svyravimai pagal pusiausvyros padėtį ir dideli svyravimai, kai švytuoklė visiškai sukasi per suspensijos tašką.

Žinoma, antrasis procesas yra klasikiškai neįmanomas, jei tik švytuoklė nėra griežtai stumti, bet mes jau esame kvantuiniame pasaulyje, kuriame viskas įmanoma, tik esant skirtingoms tikimybėms. Galima pasakyti apie didelius svyravimus, kuriuos jie kyla dėl kvantinio tunelio ir turi netirivialių topologinių savybių. Fizikoje jie vadinami instinkonaibet mes stengsimės netinkamai vartoti šį terminą. Jų kitas vardas yra neperturbative svyravimai. Pirmą kartą Kvantinės lauko teorijoje jie buvo rasti 1975 m. Garsiame A. Belavino, A. Poliako, A. Tyupkinio ir A. Schwartzo darbe.

Tunelio efektas. Nuotrauka iš mini-fizik.blogspot.ru

Atidus skaitytojas tikriausiai jau suprato, kad atsižvelgiant į visus svyravimus, didelius ir mažus, kurių taip pat labai sunku bendrauti, atrodo kaip beviltiška užduotis. Bet čia ateina gilios fizinės intuicijos ir griežtų matematinių argumentų sąjunga.

Tokios sąjungos svarba gerai suprantama visiems trims apdovanojimų nugalėtojams. 1970-ųjų pabaigoje Arkadius'o Weinšteino, Valentino Zacharovo ir Michailo Shifmano darbuose buvo suformuluoti VSSH taisyklės, kurios pasirodė esąs labai efektyvus apskaičiuojant labai sąveikaujančių dalelių fizines savybes.

Kaip jums pavyko išspręsti sumavimo problemą visoms vakuumo svyravimų rūšims, didelėms ir mažoms? Elegantiškų matematinių argumentų pagalba buvo įmanoma suformuluoti du skirtingus vaizdus skirtingiems kiekiams, be skaičiavimo begalinės serijos nuo svyravimų su nežinomu koeficientu.Lyginant du nuomonę, tai buvo galima apskaičiuoti dalelių charakteristikas ir suformuluoti taisykles.

Bet kaip sugebėjote atsižvelgti į itin sudėtingą QCD vakuumo struktūrą? Iš pirmame valstybės sudėtingumo buvo paprašyta užšifruoti vadinamųjų dulkių kondensato, kurių vertė rinkinį – universaliųjų konstantų. Bet taip pat yra begalinis skaičius kondensatas, todėl iš pradžių mes tiesiog perrašė vieną neišsprendžiamų problemų po kito.

Tačiau paaiškėjo, kad mes galime suformuluoti suma taisykles, kad tik du dulkių kondensatas – chiralinė ir Gliuonas – vaidins pagrindinį vaidmenį. Šie kondensatai pasakyti QCD vakuume suskaidytas į kairę-dešinę simetrija ir simetrija, atsižvelgiant į pokyčius mastu. Ir jei chiralinis kondensato buvo žinoma anksčiau, Gluon kondensato buvo įvesta ir nustatė, palyginti su eksperimento Būtent šiose darbų.

Išsami informacija apie tai, kaip ji kyla iš didelių svyravimų QCD vakuume sumavimo, vis dar nežinoma, bet jo vertė pakankamai tiksliai yra pasiryžusi. Gliuonas kondensato prisideda prie tamsoje, o jo indėlis yra daug didesnis nei kosmologinis žinoma duomenų vertė.Kaip šis indėlis yra sumažintas, yra atviras klausimas.

Viena iš pagrindinių teoristų pomėgių yra naujų simetrijų ieškojimas, ir po simetrijos atskleidimo jo pažeidimo mechanizmas iš karto ieškomas tokio pat entuziazmo. Tas pats atsitiko su supersimetrija, kurią 1971 m. Pasiūlė Jurgis Gol'fandas ir Jevgenijus Likhtmanas FIAN. Pagal supersimetrinę sistemą "kolektyvizmo" bosonai ir "individualizmo" fermionai suvienija. Supersimetrijos ir QCD sintezė sukūrė суперсимметричная kvantinė chromodinamika – mūsų kitas simbolis.

Skeptikas, be abejo, pasakys, kad supersimetrija gamtoje nenustatyta ir yra tik teorinis žaislas. Mes nesutinkime ir iki šiol supersimetrinį QCD suprasime kaip įdomų modelį. Leiskite mums paklausti tokio pat klausimo: kaip veikia supersimetrinio QCD vakuumas ir kaip yra maži ir dideli svyravimai, išdėstyti jo fonui? Pirma, galima griežtai parodyti, kad yra daugiau nei vienas vakuumas – jų yra keletas. Antra, dėl papildomos simetrijos atsiranda tam tikras nepageidaujamo poveikio sumažėjimas, ir tikimasi, kad tokioje aplinkoje galima šiek tiek daugiau pasakyti apie vakuumą nei teoriškai, be supersimetrijos.

1982-1984 m. Serijos darbų, atliktų ITEP, buvo ištirti stantonai supersimetriniame QCD – dideli svyravimai vakuume. Buvo išaiškinti du nauji gražūs ir netikėti reiškiniai, kurie turėjo didelę įtaką tolesnei kvantinės lauko teorijos plėtrai.

Pirma, pasirodė, kad nedideli svyravimai prieš didelį (mažą švytuoklio drebėjimą, sukantis visą suspaudimo tašką), žino, kaip teorijos sąveikos konstanta elgiasi įvairiomis skalėmis – buvo rasta vadinamoji WZNSH (Weinstein-Zakharov-Novikov Shifman) tikslią beta funkciją. Tai buvo, matyt, pirmasis pavyzdys, kai kvantinės lauko teorijoje be papildomų išsaugojimo įstatymų galima tiksliai atsižvelgti į visų mažų svyravimų indėlį į tam tikrą fiziškai svarbų kiekį.

Antra, pasirodė, kad neįprasta situacija atsiranda, kai du skirtingi kosmoso taškai įterpti bandymo objektai nežino apie atstumą tarp šių taškų. Tai leido mums teoriškai apskaičiuoti vieną iš vakuuminių kondensatų.

Abu rezultatai buvo gilūs, jų svarba nebuvo iš karto įvertinta. Pirmasis yra apie paslėptą struktūrą santykiuose mažų ir didelių svyravimų (perturbative irne perturbative) – dabar tik pradeda imti palyginti plona išvaizda; antrasis pasirodė esantis pirmas pavyzdys "topologinių koreliacijų" neopologinės lauko teorijoje.

Topologinės Kvantinės lauko teorijos, kurioms trūksta nuotolinės sąvokos, buvo griežtai formuluojamos tik 1980-ųjų pabaigoje Alberto Schwarzo ir Edwardo Witteno darbuose ir turėjo labai didelę įtaką matematikai ir jos glaudus ryšys su kvantine teorija laukai.

N. Seibergas. Nuotraukos iš insti.physics.sunysb.edu

Kas garsėja trečiuoju nugalėtoju? 1993-1994 m. Pasirodė Nathano Seibergo kūriniai, kuriuose buvo suformuluotas dabar žinomas Seibergo dvilypumas. Manoma, kad egzistuoja labai netiesiniai ryšiai tarp skirtingų supersimetrinių lauko teorijų.

Neprofesionaliai yra gana sunku paaiškinti šios hipotezės esmę, todėl mes apsiribosime bandydami paaiškinti, kodėl taip svarbu. Kaip jau minėjome daug kartų, yra mažų ir didelių vakuumo svyravimų. Režimas, kuriame vyrauja nedideli svyravimai, vadinamas silpnosios nuorodos režimas; kai didelis – stiprus susiejimo režimas. Akivaizdu, kad silpno susiejimo režimu, kai sąveikos efektai yra nedideli, skaičiavimai lengviau atlikti.

Taigi, Seibergo dvilypumas jungia dvi teorijas, iš kurių viena yra stiprios susiejimo režimu, o antroji – silpnajame jungimo režime. Tai leidžia gauti įdomius rezultatus teorijoje su stipriu ryšiu tokiu būdu: mes naudojame dualumo transformaciją ir perkelia ją į silpną ryšio režimą kitoje teorijoje, atlieka palyginti paprastus skaičiavimus ir išverčia šių skaičiavimų rezultatus į pradinę teoriją. Tikriausiai tas pats aktorius, kuris vaidino vaidmenį naujam vaidmeniui pats, sužinotų kažką naujo apie save.

Toks triukas leidžia daryti įdomias prognozes. Pavyzdžiui, elementariosios dalelės vienoje teorijoje gali pasirodyti sudėtinės kitoje. Vis dar nėra matematiškai griežto Seibergo dvigubo įrodymo, bet jis pasirodė esąs labai naudingas aiškinant fizinę nuotrauką. Šie darbai sukėlė bažnį dvejopos sąvokos gana platus kontekste, ir šiuo metu teorijų, susijusių viena su kita pagal tą ar tą dvilypumą, skaičius yra didelis.

Be to, pasirodė, kad skirtingos stygos teorijos versijos yra tarpusavyje susijusios su dualumo transformacijomis, kurios leido sujungti visas superstringos teorijos versijas į vieną M-teoriją – membranos teoriją 11-erdvėje erdvėje.

Ar įmanoma tiksliai atsižvelgti į visus didelius vakuumo svyravimus? 1994 m. Pasirodė du Seibergo ir Vitteno kūriniai, kuriuose Išplėstinė supersimetrinė kvantinė chromodinamika (neklauskite, kas tai yra), buvo rastas tikslus atsakymas dėl daugybės fiziškai svarbių kiekių, įskaitant stabilių dalelių masinį spektrą. Atsižvelgiant į tai, kad teorijoje su išplėstine суперсимметрией nedideli vakuumo svyravimai palyginti lengva atsiskaityti, pagrindinė problema buvo sumažinta iki didelių svyravimų apskaitos.

Šie kūriniai daro didelį įspūdį, autoriai sugebėjo perduoti pačią sieną tarp išskirtinės fizinės intuicijos ir prasideda ne labai motyvuotas fantastika. Šiame veide jie buvo laikomi gana platus matematinius rezultatus ir argumentus.

Kaip rezultatas, naudojant magiškus burtus, kuriuose minėta dualumo, holomorfijos ir renormalizacijos grupė, "ištraukė triušį iš skrybėlių" ir, be aiškių didelių svyravimų indėlių skaičiavimų, "atspėjo" tikslų atsakymą, kuris neatitiko visų paprastų patikrinimų.

Tuo metu tai atrodė taip gimdymo problema QCD bus išspręsta. Tačiau džiaugsmas buvo per anksti.Siekiant paaiškinti įterpimą įprastoje QCD, pirmiausia reikėjo nutraukti teoriją su išplėstine суперсимметрией į teoriją su paprasta суперсимметрией, o antrame žingsnyje nutraukti teoriją su paprasta суперсимметрией į QCD, kur apskritai nėra суперсимметрии.

Pirmasis žingsnis buvo greitai atliktas, ir buvo įrodyta, kad monolitų kondensacija, numatytas kvėpavimo mechanizmas QCD, iš tikrųjų atsiranda dėl didelių svyravimų sumavimo. Tačiau buvo labai sunku atlikti antrąjį etapą, tyrimai šia kryptimi tęsiasi iki dabar.

Kontinento kvarkai. Paveikslėlis iš nature.com

Praėjo beveik dešimt metų, norint gauti "atspėjamą" Seiberg-Witten rezultatą nuo pirmųjų principų, tiesiogiai susumavus visus didelius vakuumo svyravimus. Tai buvo įmanoma tai padaryti tik 2002 m. Nikita Nekrasovui su gražiais kaskadomis.

Paaiškėjo, kad patogu nugaruoti visą mūsų keturių matmenų pasaulį (tris koordinates + laiką) su mažu kampiniu greičiu. Leiskite sau leisti šiek tiek rizikingą analogiją. Centrifugos pagalba mes galime bandyti atskirti tuos "įnašus", kurie mus domina – kažką panašaus padarė Nekrasovas, o visiško didžiųjų vakuuminių svyravimų sumavimo rezultatas "centrifugoje" dabar vadinamas statistine Nekrašovo suma."Seiberg-Witten" rezultatas buvo visiškai patvirtintas.

Seibergo dvigubumas ir Seibergo-Viteno sprendimas pasirodė esąs glaudžiai susijęs su 11-dimensinės erdvės geometriją ir pasaulio vaizdą ant bronzos. Skaitytojas turėtų palaipsniui priprasti prie idėjos, kad jis gyvena šešių matmenų paviršiuje ("brane"), įterptas į 11 matmenų erdvę. Tai turėtų pasidomėti jam ar jis turėtų su jais susitaikyti, viskas priklauso nuo temperamento.

Seibergo dvilypumas pasirodė esąs paprasčiausiai svajonių judėjimas daugialypėje erdvėje, o tikslių suminių didelių svyravimų, esančių aplink vakuumo būsenoje, rezultatas pasirodė lygiavertis faktui, kad "mūsų brono" forma yra labai konkreti. Tai brono forma, kuri lemia stabilių dalelių ir jų masės rinkinį.

Žinoma, mokslas yra paslėpto žaidimo žaidimas su Dievu, kuriame visada žaidžiate lyderio vaidmenį. Tačiau pasirinkdami kokį objektą mes ieškosime savo rankose ir turime pagerbti nugalėtojus, jie pasirinko labiausiai vertingus paieškos tikslus. Žinoma, man lengviau parašyti apie "Arcadia" ir "Misha", jie dirbo Rusijoje iki 1990 m. Ir buvo vienas iš pagrindinių ITEP auksinių dešimtmečių veikėjų, 1970-aisiais ir 1980-aisiais, kai jis tikrai buvo penkių geriausiųjų centrai teorinei fizikai.Jie vaidino svarbų vaidmenį kuriant visiškai unikalią tų metų mokslo atmosferą.

Kai Arkadijus atvyko į ITEP iš Novosibirsko, o tai įvyko labai dažnai, darbas prasidėjo ryte, o vakare, kai visi grįždavo namo, iš teorinio darbo stalo antrojo aukšto garsiai girdėjo garsiai, ir tik verksmas, kurį svetimšalis galėtų išaiškinti santykius.

Dirac apdovanojimas

Ir ten tik Arkadijus ir Misha kartu su bendraautoriais sužinojo apie savo santykius su gamta. 40 metų niekas, išskyrus plaukų spalvą, nepasikeitė. Ir dabar tas pats pasakytina apie Mineapolio teorinės fizikos institutą. Jų entuziazmas mokslui gali pavydėti pradedantiesiems. Tie patys žodžiai taikomi Nathan Seiberg.

Neįmanoma nekalbėti apie išskirtinį vaidmenį, kurį Arkadijus grojo ir toliau žaidžia jaunųjų teoretikų "ugdymui". Jis turi keletą oficialių studentų, tačiau daugelis, įskaitant šių eilučių autorius, gerai žino, kiek jis jiems davė. "Weinšteino spindulys", žinoma gravitacijos teorijoje žinomas kiekis yra gana didelis.

Kaip sakė vienas kolegas, konferencijos skirstomos į nuobodžias, kurios yra gana gyvos toms, kuriose dalyvauja "Weinstein".Ir Misha Shifman pastaraisiais metais išreiškia savo aistra mokslui knygose ir esė, kur mokslininkų ir mokslininkų idėjų istorijos skaitomos kaip patrauklūs detektyviniai pasakojimai. Jų vaidmuo perkeliant mokslines žinias yra didžiulis, o iš dalies dėl tokių žmonių išvykimo, problema su mokslinės reputacijos ir patirties institucijomis Rusijoje yra tokia rimta.

Tai užbaigia trumpą pėsčiomis per kintantį vakuumą. Kaip jau minėta, KKD gimdymo problema išliko ir laukia, kol bus išspręsta. Be to, pasirodė, kad jis glaudžiai susijęs su kvantinio gravitacijos kūrimo problema, tačiau tai yra kita istorija.

Laureatų rezultatai yra labai svarbūs ir neabejotinai yra vienas iš pagrindinių atsakymo paieškos elementų. Gali būti tik trys "Dirac" apdovanojimų laureatai, tai yra premijos įteikimo apribojimas, todėl aš neturiu jokių abejonių, kad komitetas turėjo sunkumų renkantis iš šiek tiek platesnio sąrašo. Būtina pažymėti Valentino Zakharovo, Nikita Nekrasovo ir Viktoro Novikovo mokslinį indėlį. Dar kartą sveikinu tris nugalėtojus dėl šio nusipelno apdovanojimo.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: