Ahli fizik yang telah mengembara "landskap" teori rentetan - ruang berbilion-bilion penyelesaian matematik untuk teori di mana setiap penyelesaian memberikan persamaan yang mana ahli fizik cuba menerangkan realiti - telah menemui subset persamaan sedemikian yang merangkumi sebilangan besar zarah jirim yang ada di alam semesta kita. Walau bagaimanapun, subset ini sangat besar: sekurang-kurangnya ada empat juta penyelesaian seperti itu. Ini adalah penemuan terbesar dalam sejarah teori tali.
Alam semesta dalam teori rentetan
Menurut teori tali, semua zarah dan daya asas dihasilkan dengan menggetarkan tali kecil. Untuk ketekalan matematik, rentetan ini bergetar dalam ruang masa 10 dimensi. Dan untuk konsisten dengan pengalaman hidup kita yang biasa di Alam Semesta, dengan tiga dimensi ruang dan satu temporal, enam dimensi tambahan "dipadatkan" sehingga tidak dapat dikesan.
Pemadatan yang berbeza membawa kepada penyelesaian yang berbeza. Dalam teori rentetan, "penyelesaian" merujuk pada kekosongan ruang-waktu, yang diatur oleh teori gravitasi Einstein yang digabungkan dengan teori medan kuantum. Setiap penyelesaian menggambarkan alam semesta yang unik, dengan sekumpulan zarah, kekuatan asas, dan sifat penentu yang lain.
Beberapa ahli teori tali telah memfokuskan usaha mereka untuk berusaha mencari cara untuk mengaitkan teori rentetan dengan sifat-sifat alam semesta kita yang dapat diperhatikan - khususnya, Model Piawai fizik zarah, yang menggambarkan semua zarah dan daya yang diketahui kecuali graviti.
Sebilangan besar usaha ini berasal dari versi teori rentetan di mana rentetan berinteraksi dengan lemah. Walau bagaimanapun, selama dua puluh tahun yang lalu, cabang teori rentetan baru yang disebut F-teori telah membolehkan ahli fizik bekerja dengan tali yang sangat berinteraksi - atau berpasangan erat.
"Hasil yang menarik adalah bahawa ketika hubungan itu besar, kita dapat mulai menerangkan teori dengan sangat geometri," kata Miriam Tsvetik dari University of Pennsylvania di Philadelphia.
Video promosi:
Ini bermaksud bahawa ahli teori tali boleh menggunakan geometri algebra - yang menggunakan kaedah algebra untuk menyelesaikan masalah geometri - untuk menganalisis cara yang berbeza untuk memadankan dimensi tambahan dalam teori F dan mencari penyelesaian. Ahli matematik secara bebas mengkaji beberapa bentuk geometri yang terdapat dalam teori F. "Mereka memberi kami ahli fizik banyak alat," kata Ling Lin, juga dari University of Pennsylvania. "Geometri sebenarnya sangat penting, ia adalah 'bahasa' yang menjadikan teori F sebagai struktur yang kuat."
Kuadriliun alam semesta
Oleh itu, Tsvetik, Lin, James Halverson dari Northeastern University di Boston menggunakan kaedah ini untuk mengenal pasti kelas penyelesaian dengan mod rentetan getaran yang membawa kepada spektrum fermion (atau zarah jirim) yang sama seperti yang dijelaskan oleh Model Piawai - termasuk harta tanah, kerana fermion terdiri daripada tiga generasi (contohnya, elektron, muon dan tau adalah tiga generasi jenis fermion yang sama).
Penyelesaian teori F yang ditemui oleh Tsvetik dan rakan-rakannya juga merangkumi partikel yang menunjukkan kekiringan (kekurangan simetri mengenai sisi kanan dan kiri) Model Piawai. Dalam terminologi fizik partikel, penyelesaian ini menghasilkan semula "kiral spektrum" zarah yang tepat dalam Model Piawai. Sebagai contoh, quark dan lepton dalam penyelesaian ini mempunyai versi kiri dan kanan, seperti di alam semesta kita.
Karya baru menunjukkan bahawa sekurang-kurangnya terdapat penyelesaian empat juta di mana zarah-zarah mempunyai spektrum kiral yang sama seperti dalam Model Piawai, 10 susunan magnitud lebih banyak penyelesaian daripada yang dijumpai dalam teori rentetan setakat ini. "Ini adalah subkelas penyelesaian Model Standard terbesar," kata Tsvetik. "Apa yang mengagumkan dan bagus adalah bahawa semuanya ada dalam teori rentetan yang erat di mana geometri membantu kita."
Quadrillion adalah jumlah yang sangat besar, walaupun jauh lebih kecil daripada jumlah penyelesaian dalam teori F (yang akhirnya kira-kira 10,272,000). Dan kerana jumlahnya sangat banyak, yang mengkhianati sesuatu yang tidak remeh dan benar dalam fizik zarah di dunia nyata, ia akan dikaji dengan sangat teliti dan serius, kata Halverson.
Penerokaan lebih lanjut akan merangkumi mengenal pasti hubungan yang lebih kuat dengan fizik zarah di dunia nyata. Penyelidik mesti mengenal pasti hubungan atau interaksi antara zarah dalam penyelesaian teori-F, yang sekali lagi bergantung pada perincian geometri pemadatan dimensi tambahan.
Sangat mungkin bahawa dalam ruang penyelesaian empat trilion akan ada beberapa penyelesaian yang menyebabkan peluruhan proton dalam jangka masa yang dapat diramalkan. Ini jelas akan bertentangan dengan dunia nyata, kerana eksperimen tidak menunjukkan tanda-tanda peluruhan proton. Atau ahli fizik boleh mencari penyelesaian yang menerapkan spektrum zarah Model Standard, sambil mengekalkan simetri matematik (R-parity). Simetri ini melarang proses pelanggaran proton tertentu dan akan sangat menarik dari sudut pandang fizik partikel, tetapi tidak terdapat dalam model moden.
Di samping itu, karya ini mengandaikan adanya supersimetri - iaitu, semua zarah standard mempunyai zarah pasangan. Teori tali memerlukan simetri ini untuk memastikan ketekalan penyelesaian secara matematik.
Tetapi untuk mana-mana teori supersimetri agar sesuai dengan alam semesta yang dapat dilihat, simetri mesti dipecahkan (sama seperti meletakkan alat makan dan gelas di sebelah kiri atau kanan tidak selaras akan memecah simetri tetapan jadual). Jika tidak, zarah pasangan akan mempunyai jisim yang sama dengan zarah Model Piawai - yang pastinya tidak berlaku, kerana kita belum melihat zarah pasangan seperti itu dalam eksperimen kita.
Ilya Khel
