11 boyutlu uzayda saklan ve ara

11 boyutlu uzayda saklan ve ara

Alexander Gorsky
"Trinity Seçeneği" № 17 (211), 23 Ağustos 2016

2016 Dirac Ödülü Arkady Weinstein, Minnesota Üniversitesi'nde Teorik Fizik için Fain Enstitüsü'nden Mikhail Shifman ve Princeton Üniversitesi İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden Nathan Seiberg'e verildi. Pertürbasyon teorisi çerçevesi dışındaki kuantum kromodinamiği ve süpersimetrik teorilerdeki doğru sonuçlar"Süpersimetrik alan teorileri alanında"). Ödül kesinlikle hak ediyor.

Alexander Gorsky, IITP RAS

Bu kuru formülasyonların arkasında ne var? Bu oyundaki ana karakter kuantum kromodinamiği (bundan böyle QCD olarak anılacaktır) – 1973'te Murray Gell-Mann, Heinrich Leitvillers ve Harald Fritch tarafından modern formda formüle edilen güçlü etkileşimler teorisi. 40 yıldan fazla bir süre geçti ve QCD vakumunun nasıl düzenlendiği sistemin temel halidir, dolayısıyla kesin olarak bilinmemektedir.

Standart bir büyü telaffuz edilir: “QCD vakum bir çift süperiletken,” ancak anlayışın çok yakın olduğu ve henüz kuantum alan teorisinin ilk prensiplerinden elde edilemediği gerçeği herkese açıktır.QCD vakumu veya başka bir deyişle, hapsetme sorunu (kuark hapsi), kuantum yerçekimi ve karanlık enerji ve karanlık maddenin doğasıyla birlikte temel fiziğin en önemli üç problemi arasında haklı olarak yer almaktadır.

Yani vakumlu QCD. QCD'nin asimptotik olarak özgür bir teori olduğunu biliyoruz; Yani, temel QCD parçacıkları – gluonlar ve kuarklar birbirleriyle zayıf mesafelerde küçük mesafelerde etkileşirler ve büyük mesafelerde kuvvetle etkileşirler. Okuyucu, “büyük” ve “küçük” kelimelerini dikkatle almalıdır: her ikisi de makroskopik bakış açısından çok küçük mesafelere aittir ve teorinin kendisi, değerleri saydığımıza göre ölçeği ayarlar.

A. Weinstein ve M. Shifman. Facebook'dan fotoğraf

Etkileşim kuvveti mesafeyle arttığından dolayı, kuarkların bağımsız olarak var olmalarına izin vermeyen kuarklar arasında bir dizi çizilir – bu, hapsetme olgusudur (İngilizce'den). sınırlama – tutma, kısıtlama. – Ed.). Bir QCD dizgisi nasıl ortaya çıkar ve QCD vakumunun ne tür bir özelliğinin oluşmasından sorumlu olduğu son derece zor bir sorudur. Bu tatmin edici girişimler olduğunu not etmekGüçlü etkileşimler teorisinde parçacık saçılımının tanımları ve 1970'lerin başlarında – 1960'ların sonlarında sicim kuramının oluşturulmasına yol açmıştır.

Fizikçiler, parçacıkların çeşitli özelliklerine ilgi duyarlar – mezonlar ve bionlar, çürümeleri ve dönüşümleri. Onları kendi kendine tutarlı bir şekilde hesaplamak mümkün mü? Böyle bir görev yaparsak, QCD vakumu yüksek bir dalgalı ortam olduğundan, sanal uyarımların sürekli olarak doğup öldüğünü hesaba katmamız gerekir. Dahası, QCD vakumlu durum, içinde iki tip vakum dalgalanması olduğu gerçeğiyle karmaşıklaşır, bu da basitlik için küçük ve büyük diyebiliriz.

Açıklık için, bir askıda bir sarkaç hayal etmek için değer. Onun için küçük dalgalanmalar, sarkaç pozisyonunun denge pozisyonuna göre küçük dalgalanmaları ve sarkacın süspansiyon noktası etrafında tam bir devrim yaptığında büyük dalgalanmalardır.

Tabii ki, ikinci süreç klasik olarak imkansızdır, eğer sadece sarkaç kuvvetle itilmezse, ama her şeyin mümkün olduğu kuantum dünyasındayız, sadece farklı olasılıklarla. Kuantum tünellemesi sonucunda ortaya çıkan büyük dalgalanmalar ve belirgin olmayan topolojik özellikleri vardır. Fizikte çağrılırlar instantonlarınama bu terimi gereksiz yere kullanmamaya çalışacağız. Onların diğer adı düzeltici olmayan dalgalanmalar. Kuantum alan teorisinde ilk kez, 1975'te A. Belavin, A. Polyakov, A. Tyupkin ve A. Schwartz'un ünlü eserinde bulunmuştur.

Tünel etkisi. Resim mini-fizik.blogspot.ru

Dikkatli okuyucu, büyük olasılıkla birbiriyle etkileşime girmesi son derece zor olan büyük ve küçük tüm dalgalanmaları hesaba katmanın umutsuz bir işe benzediğini fark etmişti. Ama burada derin fiziksel sezgi ve titiz matematiksel argümanlar birliği geliyor.

Böyle bir birliğin önemi, ödülün üç kazananının da iyi bir şekilde anlaşılması. 1970'lerin sonlarında, Arkady Weinstein, Valentin Zakharov ve Mikhail Shifman'ın bir dizi eserinde, VSSH için kurallar oluşturuldu ve bunlar, son derece etkili olan parçacıkların fiziksel özelliklerini hesaplamak için son derece etkili oldu.

Büyük ve küçük her çeşit vakum dalgalanması için toplama problemini nasıl çözdünüz? Zarif matematiksel argümanlar yardımıyla, bilinmeyen katsayılara sahip dalgalanmalardan sonsuz serileri hesaplamaksızın, farklı miktarlar için iki farklı temsili formüle etmek mümkündü.İki temsili karşılaştırarak, parçacıkların özelliklerini hesaplamak ve toplam kurallarını formüle etmek mümkündü.

Fakat QCD vakumunun son derece karmaşık yapısını nasıl dikkate almayı başardınız? Temel durumun karmaşıklığının, değerleri dünya sabitleri olan bir dizi sözde vakumlu yoğuşma ile şifrelenmesi önerilmiştir. Ama aynı zamanda sonsuz sayıda yoğunlaşma da var, bu yüzden ilk bakışta basitçe çözülemeyen bir görevi bir diğeriyle yeniden yazdık.

Ancak, toplam kuralların, sadece iki vakum yoğuşmasının – kiral ve gluonik – önemli bir rol oynayacağı şekilde formüle edilmesinin mümkün olduğu ortaya çıkmıştır. Bu kondensatlar, QCD vakumunda skala değişimlerine göre sol-sağ simetri ve simetrinin bozulduğunu söylerler. Şiral kondens daha önce biliniyorsa, gluon kondensat tanıtıldı ve bu kâğıtlardaki deneyle karşılaştırmadan bulundu.

QCD vakumunun büyük dalgalanmalarından dolayı toplanmadan nasıl ortaya çıktığının ayrıntıları hala bilinmemektedir, ancak değeri oldukça iyi bir doğrulukla belirlenmiştir. Gluon kondensatı, karanlık enerjiye katkıda bulunur ve katkısı, kozmolojik verilerden bilinen değeri aşar.Bu katkının nasıl azaltılacağı açık bir sorudur.

Teorisyenlerin ana hobileri arasında yeni simetrilerin araştırılması ve simetrinin keşfedilmesinden sonra, ihlalinin mekanizması hemen aynı coşkuyla aranır. Aynısı 1971'de Yuri Gol'fand ve Yevgeny Likhtman tarafından FIAN'da önerilen süper-simetri ile oldu. Süpersimetri çerçevesinde “kolektivistler” bozonları ve “bireyciler” fermiyonları birleşiyor. Süpersimetri ve QCD sentezi oluşmasına yol açtı. süpersimetrik kuantum kromodinamiği – sonraki karakterimiz.

Kuşkucu, şüphesiz, süpersimetrinin doğada bulunmadığını ve sadece teorik bir oyuncak olduğunu söyleyecektir. Tartışmayacağız ve şu ana kadar süpersimetrik QCD'yi ilginç bir model olarak algılayacağız. Aynı soruyu soralım: süpersimetrik QCD'nin boşluğu nasıl çalışır ve arka planında küçük ve büyük dalgalanmalar nasıl düzenlenir? İlk olarak, birden fazla vakumun olduğu kesin olarak gösterilebilir – bunlardan birkaç tane vardır. İkincisi, ek simetriye bağlı olarak, istenmeyen etkilerde bazı indirgemeler meydana gelir ve böyle bir ortamda, süpersimetri olmaksızın teoride olandan biraz daha fazla vakum olduğu söylenebilir.

1982-1984 yıllarında süpersimetrik QCD'deki stantonlar – vakumda büyük dalgalanmalar – ITEP'te yapılan bir dizi çalışmada incelenmiştir. Kuantum alan teorisinin daha da geliştirilmesi üzerinde büyük bir etkisi olan iki yeni güzel ve beklenmedik fenomen keşfedilmiştir.

İlk olarak, büyük bir (küçük bir sarkaçın süspansiyon noktasının etrafında tam dönüşte titreyen) arka plana karşı küçük dalgalanmaların, teorinin etkileşim sabitinin farklı ölçeklerde nasıl davrandığını bildiği ortaya çıkmıştır – sözde WZNSH (Weinstein-Zakharov-Novikov) Shifman) kesin beta işlevi. Bu, görünüşe göre, ek koruma yasaları olmayan kuantum alan teorisinde, tüm küçük dalgalanmaların belirli bir fiziksel olarak önemli miktardaki katkısını doğru bir şekilde hesaba katmanın mümkün olduğu ilk örnektir.

İkinci olarak, farklı alan noktalarına yerleştirilen iki test nesnesi, bu noktalar arasındaki mesafeyi bilmediğinde, olağandışı bir durumun ortaya çıktığı ortaya çıkmıştır. Bu, teorik olarak vakum yoğuşuklarından birini hesaplamamıza izin verdi.

Her iki sonuç da derindi ve önemleri hemen takdir edilmedi. Birincisi, küçük ve büyük dalgalanmalar arasındaki ilişkide gizli yapıyla ilgilidir.non-pertürbasyon) – şimdi nispeten ince bir görünüm almaya başlıyor; ikincisi, nontopolojik alan teorisinde "topolojik korelatörler" in ilk örneği oldu.

Mesafe kavramından yoksun olan topolojik kuantum alan teorileri, sadece 1980'lerin sonlarında Albert Schwarz ve Edward Witten'in eserlerinde sıkı bir şekilde formüle edilmiş ve matematik ve onun kuantum teorisi ile yakın bağlantısı üzerinde çok ciddi bir etkiye sahip olmuştur. alanı.

N. Seiberg. Fotoğraflar insti.physics.sunysb.edu

Üçüncü kazanan için ünlü nedir? 1993-1994'te Nathan Seiberg'in eserleri ortaya çıktı. Seiberg ikiliği. Farklı süpersimetrik alan teorileri arasında son derece belirgin olmayan bağlantıların olduğu hipotezi öne sürülmüştür.

Bir profesyonel olmayanın bu hipotezin özünü açıklamak oldukça zordur, bu yüzden kendimizi neden bu kadar önemli olduğunu açıklamaya çalışmakla sınırlayacağız. Birçok kez söylediğimiz gibi, küçük ve büyük vakum dalgalanmaları vardır. Küçük dalgalanmaların hakim olduğu mod denir zayıf bağlantı modu; ne zaman büyük – güçlü kuplaj modu. Zayıf kuplaj modunda, etkileşim etkilerinin küçük olduğu durumlarda, hesaplamaların gerçekleştirilmesi daha kolaydır.

Böylece, Seiberg'in dualitesi, biri güçlü birleştirme modunda olan ve ikinci olarak zayıf birleştirme modunda olan iki teoriyi birbirine bağlar. Bu, aşağıdaki şekilde güçlü bir bağlantıya sahip bir kuramda ilginç sonuçlar elde etmeyi mümkün kılar: dualite dönüşümünü kullanır ve başka bir kuramdaki zayıf bağlanma kipine aktarır, nispeten basit hesaplamalar yapar ve bu hesaplamaların sonuçlarını orijinal kurama geri çeviririz. Muhtemelen, kendisi için yeni bir rolde rol oynayan aynı aktör, kendisi hakkında yeni bir şey öğrenecektir.

Böyle bir hile, ilginç tahminler yapmanızı sağlar. Örneğin, bir teoride bulunan temel parçacıklar bir diğerinde bileşik olarak ortaya çıkabilir. Hala, Seiberg’in dualitesinin matematiksel olarak kesin bir kanıtı yoktur, ancak fiziksel tabloyu netleştirmek için çok yararlı olduğu ortaya çıkmıştır. Bu çalışmalar, oldukça geniş bir bağlamda dualite kavramına bir ilgi dalgasına neden oldu ve şimdi bu ya da bu ikilik ile ilgili olan teorilerin sayısı büyük.

Dahası, dizgi teorisinin farklı versiyonlarının, dual-tabaka dönüşümleri ile birbirine bağlı olduğu ortaya çıkmıştır; bu, üst-tabaka teorisinin tüm versiyonlarının bir M-teorisine – 11-boyutlu uzayda bir zar teorisine – birleştirilmesini mümkün kılmıştır.

Tüm büyük vakum dalgalanmalarını doğru olarak hesaplamak mümkün mü? 1994 yılında, Seiberg ve Witten tarafından iki eser ortaya çıktı. ileri süpersimetrik kuantum kromodinamiği (ne olduğunu sormayın), kararlı parçacıkların kütle spektrumu da dahil olmak üzere, bir takım fiziksel olarak önemli miktarlarda kesin bir cevap bulunmuştur. Genişletilmiş süpersimetri içeren bir teoride, küçük vakum dalgalanmalarının hesaplanması nispeten kolay olduğu için, ana problem büyük dalgalanmaların muhasebeleştirilmesine indirgenmiştir.

Bu çalışmalar hala güçlü bir izlenim bırakıyor, yazarlar olağanüstü fiziksel sezgi ile çok motive edilmemiş bir fantazi uçuşunun başladığı zaman arasındaki sınırdan geçmeyi başardılar. Bu yüzünde, oldukça ince matematiksel sonuçlar ve argümanlar tarafından tutuldular.

Sonuç olarak, dualite, holomorphy ve renormalizasyon grubundan bahseden sihirli büyülerin kullanıldığı, "şapkadan bir tavşan çıkardı" ve büyük dalgalanmaların katkılarının açık hesaplamaları yapmadan "basit" tüm basit kontrollere dayanan kesin cevabı "tahmin" etti.

O anda öyle görünüyordu ki hapsetme sorunu QCD çözülmek üzere. Ancak neşe erkendi.Normal QCD'de hapsedilmeyi açıklamak için, teoriyi basit süpersimetri ile teoriye genişletilmiş süpersimetri ile kırmak, ve ikinci adımda teoriyi basit süpersimetri ile QCD'ye ayırmak gerekliydi, burada hiçbir süper-simetri yok.

İlk adım hızlı bir şekilde yapıldı ve QCD'de beklenen kısıtlama mekanizması olan monopollerin yoğunlaşmasının, büyük dalgalanmaların toplamı nedeniyle ortaya çıktığını gösterdi. Fakat ikinci adımı yapmak çok zordu, bu yönde araştırmalar şu an devam ediyor.

Hapishane kuarkları. Nature.com'dan resim

Seiberg – Witten'nin “prensipte” tahmin edilen sonuçlarının, tüm büyük vakum dalgalanmalarının doğrudan toplanmasıyla elde edilmesi yaklaşık on yıl sürdü. Bunu 2002'de Nikita Nekrasov'a güzel bir dublörün yardımıyla yapmak mümkün oldu.

Dört boyutlu dünyamızın tümünü (üç koordinat + zaman) küçük bir açısal hız ile döndürmenin uygun olduğu ortaya çıktı. Biraz riskli bir benzetme yapalım. Santrifüjde, bizi ilgilendiren "katkıları" ayırmaya çalışabiliriz – Nekrasov tarafından yapılan benzer bir şey ve santrifüjde geniş vakum dalgalanmalarının toplamının sonucu "artık Nekrasov'un istatistiksel toplamı olarak adlandırılıyor.Seiberg – Witten'in sonucu tamamen doğrulandı.

Seiberg'in ikiliği ve Seiberg – Witten çözümü, 11 boyutlu uzayın geometrisi ve dünyanın kepek üzerindeki resmi ile yakından bağlantılıydı. Okuyucu, 11 boyutlu uzamda gömülü olan altı boyutlu bir yüzeyde ("branş") yaşadığı fikrine kademeli olarak alışmalıdır. Bu onu memnun etmeli veya onunla anlaşmaya varmalıdır, hepsi mizaca bağlıdır.

Seiberg'in dualitesi, çok boyutlu uzayda basitçe kepeklerin hareketi olarak ortaya çıktı ve vakum halindeki büyük dalgalanmaların kesin toplamının sonucu, "kepçemizin" formunun çok somut bir form alması gerçeğine eşdeğer oldu. Kararlı parçacık kümesini ve bunların kütlesini belirleyen, kepçenin şeklidir.

Tabii ki, bilim her zaman liderin rolünü oynadığınız yer olan Tanrı ile gizlenme ve arama oyunudur. Ancak elimizde hangi nesneyi arayacağımızın seçimi ve kazananlara haraç vermeliyiz, en değerli arama hedeflerini seçtiler. Elbette, Arcadia ve Misha hakkında yazmam benim için daha kolay, 1990'lara kadar Rusya'da çalışmışlar ve ITEP'in 1970'lerin ve 1980'lerin ilk onyılında kesinlikle en üst beşte olduğu ITEP'in en önemli aktörlerinden biri olmuşlardı. teorik fizik üzerine odaklanır.O yılların tamamen eşsiz bir bilimsel atmosferini yaratmada önemli bir rol oynadılar.

Arkady, Novosibirsk'ten ITEP'e geldiğinde ve bu çok sık oldu, iş sabah başladı, ve akşam, herkes eve gittiğinde, teorik masanın ikinci katından yüksek sesler duyuldu ve sadece bir yabancının ilişkiyi açıklamak için alabileceği bir ağlama duyuldu.

Dirac Ödülü

Ve sadece Arkady ve Misha birlikte yazarlarla birlikte doğa ile ilişkilerini keşfettiler. 40 yıl boyunca saç renginden başka bir şey değişmedi. Ve şimdi aynı şey Minneapolis'teki Teorik Fizik Enstitüsü'nde gerçekleşiyor. Bilim merakı, yeni insanları kıskandırabilir. Aynı kelimeler Nathan Seiberg için de geçerlidir.

Arkady'nin genç teorisyenlerin “yetiştirilmesinde” oynadığı ve oynamaya devam ettiği sıra dışı rolden bahsetmek imkansızdır. Birkaç resmi öğrencisi var, ancak bu çizgilerin yazarı da dahil olmak üzere birçoğu onlara ne kadar verdiğinin farkında. Yerçekimi teorisinde bilinen bir miktar olan "Weinstein yarıçapı" açıkçası oldukça büyüktür.

Bir meslektaşın dediği gibi, konferanslar Weinstein'ın katıldığı kişiler için oldukça canlı olan sıkıcılara bölünmüştür.Ve son zamanlarda Misha Shifman, bilim ve bilim fikirlerinin hikayelerinin büyüleyici dedektif hikayeleri gibi okunduğu kitaplara ve makalelere bilimdeki tutkusunu iletiyor. Bilimsel bilginin meşrulaştırılmasındaki rolleri büyüktür ve kısmen de bu insanların ayrılmasından dolayı, Rusya'daki bilimsel itibar ve uzmanlık kurumlarıyla olan sorun çok ciddidir.

Bu dalgalanan vakum boyunca kısa bir yürüyüş yapar. Daha önce de belirtildiği gibi, QCD'deki hapsetme sorunu yaşanmış ve çözülmeyi beklemektedir. Dahası, kuantum yerçekimi oluşturma problemi ile yakından ilişkili olduğu ortaya çıktı, ama bu başka bir hikaye.

Ödüllerin sonuçları son derece önemlidir ve kuşkusuz cevabı bulmada anahtar unsurlardan biri olacaktır. Dirac Ödülünün sadece üç ödülü olabilir, bu bir ödül verilmesi konusunda bir sınırlamadır, bu yüzden komitenin biraz daha geniş bir listeden seçim yapmakta zorluk yaşadığından şüphe yok. Valentin Zakharov, Nikita Nekrasov ve Viktor Novikov'un bilimsel katkılarına dikkat etmek kesinlikle gerekli. Bir kez daha, bu kazanılan ödülü kazanan üç kişiyi kutluyorum.


Like this post? Please share to your friends:
Bir cevap yazın

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