11 өлшемді кеңістікті жасырып, іздеңіз

11 өлшемді кеңістікті жасырып, іздеңіз

Александр Горский
«Үшбірлік Опцион» № 17 (211), 2016 жылғы 23 тамыз

2016 жылы Дирак сыйлығы Аркадий Вайнштейнге, Миннесота университетіндегі Физ институтының теориялық физика институтынан Михаил Шифманға және Принстон университетінің Advanced Studies институтынан Натан Сейберге берілді. Наразылық теориясының шеңберінен шығатын кванттық хромодинамикадағы және суперсимметриялық теориядағы дәл нәтижелердің тамаша нәтижелері («Суперсимметриялық өріс теориялары саласында»). Сыйлық, әрине, лайық.

Александр Горский, IITP RAS

Бұл құрғақ формулалардың артында не бар? Бұл ойындағы басты кейіпкер кванттық хромодинамикалық вакуум (бұдан әрі – КХД) – 1973 жылы Мюррей Гелл-Манн, Генрих Лейтвиллер және Харальд Фритстің заманауи формасында тұжырымдалған күшті өзара әрекеттесу теориясы. 40 жылдан астам уақыттан бері және КХД вакуумы қалай ұйымдастырылғаны жүйенің негізгі күйі болып табылады, сондықтан белгілі бір белгісіз.

Стандартты заклинание: «КХД вакуумі қос суперөткізгіш болып табылады», бірақ түсіну өте жақын және кванттық өріс теориясының алғашқы қағидаттарынан алынбаған барлық адамдарға түсінікті.КХД вакуум мәселесі немесе, басқаша айтқанда, шектеу мәселесі (кварк ұстауы) мәселесі фундаментальді физикадағы ең маңызды үш мәселе – кванттық ауырлық және қараңғы энергия мен қараңғы заттардың табиғаты туралы мәселе.

Мәселен, вакуумдық КХД. Біз КХД-ның асимптоталық еркін теория екенін білеміз; яғни КХД қарапайым бөлшектер – глюондар мен кварктар бір-бірімен кішкентай қашықтықта өзара бір-бірімен өзара әрекеттеседі және үлкен көлемде өзара әрекеттеседі. Оқырман «үлкен» және «кішкентай» деген сөздерді сақтықпен қабылдауы керек: екеуі де макроскопиялық тұрғыдан өте аз қашықтыққа жатады, және теория өзі құндылықтарды санайтын салыстырмалы ауқымды анықтайды.

А. Уайнштейн және М. Шифман. Facebook-тегі фотосурет

Қашықтан ара қашықтық күшейіп келе жатқандықтан, кварктердің бір-біріне тәуелсіз өмір сүруіне мүмкіндік бермейтін кварктар арасында жол жасалады – бұл шектеудің феномені (ағылшын тілінен). ұстау – сақтау, шектеу. – Ed.). QCD жолдары қалай пайда болады және оның пайда болуына КХД вакуумасының қандай қасиеті жауапты болып табылады. Мен қанағаттанарлық деп санаймынкүшті өзара әрекеттесу теориясындағы бөлшектер шашырау сипаттамасы және 1960-шы жылдардың аяғында – 1970-жылдардың басында жол теориясын құруға әкелді.

Физиктер бөлшектердің әртүрлі қасиеттеріне – мезондар мен бариондарға, олардың ыдырауы мен түрленулеріне қызығушылық танытады. Оларды кез-келген өзін-өзі реттейтін тәсілмен есептеуге болады ма? Егер біз осындай тапсырманы жасасақ, онда кез-келген кванттық объект сияқты, КХД вакуумы өте жоғары ауытқуы бар ортаға айналады, виртуалды қозу туындайды және онда үнемі өледі. Сонымен қатар, КХД вакуум жағдайында вакуумдық ауытқулардың екі түрі бар, бұл қарапайымдылық үшін шағын және үлкен деп атаймыз.

Түсінікті болу үшін, суспензияға арналған маятникті елестету маңызды. Ол үшін кішігірім ауытқулар маятниктің тепе-теңдік жағдайына қатысты шағын тербелістері және маятник суспензия нүктесі айналасында толық революция жасаған кезде үлкен ауытқулар болып табылады.

Әрине, екінші әдіс классикалық түрде мүмкін емес, егер маятник тек мықты емес болса, бірақ біз кванттық әлемде, онда бәрі мүмкін, тек әртүрлі ықтималдықтармен. Кванттық туннелдеу нәтижесінде пайда болатын және нетривиалды емес топологиялық қасиеттері бар үлкен флуктуациялар туралы айтуға болады. Физикада оларды шақырады сәттіліктербірақ біз бұл терминді қажетсіз пайдаланбауға тырысамыз. Олардың басқа атауы непертурабативті ауытқулар. Кванттық өріс теориясы бойынша алғаш рет 1975 жылы А. Белавиннің, А. Поляковтың, А.Тюпкиннің және А.Шварцтың белгілі шығармаларында табылды.

Туннель әсері. Mini-fizik.blogspot.ru-тің суреті

Мұқият оқырман, бір-бірімен өзара әрекеттесу өте қиын болатын үлкен және кішігірім ауытқуларды ескере отырып, үмітсіз міндетке ұқсайды. Бірақ терең физикалық түйсігі мен қатаң математикалық дәлелдердің бірлестігі пайда болады.

Осындай одақтың маңыздылығы марапаттың барлық үш жеңімпазы жақсы түсінеді. 1970 жылдардың аяғында Аркадий Вайнштейн, Валентин Захаров және Михаил Шифманның бірқатар шығармаларында VSSH ережелері тұжырымдалған, бұл өте күшті өзара әрекеттесетін бөлшектердің физикалық сипаттамаларын есептеу үшін өте тиімді болды.

Вакуумдық ауытқулардың барлық түрлеріне, ірі және кішігірім жиынтық мәселені қалай шешуге болады? Талғампаз математикалық аргументтердің көмегімен белгісіз коэффициенттері бар флуктуациядан шексіз серияларды есептеместен әртүрлі мөлшерде екі түрлі ұсыныс жасауға болады.Екі ұсынысты салыстыру арқылы бөлшектердің сипаттамаларын есептеу және сома ережелерін қалыптастыру мүмкін болды.

Бірақ сіз КХД вакуумасының өте күрделі құрылымын қалай ескердіңіз? Жердің жай-күйінің күрделілігі әлемдегі тұрақты мәндер болып табылатын вакуумды конденсатты деп аталатын шифрланған шифрланған. Бірақ шексіз көп конденсация бар, сондықтан бір қарағанда біз бір шешілмейтін тапсырманы басқа жолмен қайта жаздық.

Дегенмен, жиынтық ережелерді тек екі вакуумдық конденсат – хираль және глюоникалық – негізгі рөл атқаратын етіп қалыптастыруға болады. Бұл конденсаттар, сол жақ-оң жақ симметрия және ауқымды өзгертуге қатысты симметрия КХД вакумында бұзылған деп санайды. Ал егер хираль конденсатын бұрын белгілі болса, глюон конденсатын енгізіп, осы жұмыстардағы экспериментпен салыстырудан табылды.

КХД вакуумасындағы үлкен ауытқуларға байланысты жиынтықтан қалай пайда болғаны туралы мәліметтер әлі күнге дейін белгісіз, бірақ оның құны өте жақсы дәлдікпен анықталған. Глюон конденсациясы қараңғы энергияға ықпал етеді, ал оның үлесі космологиялық деректерден белгілі мәннен асып түседі.Бұл жарнаның қысқартылуы – ашық мәселе.

Теористердің негізгі қызығушылықтарының бірі – жаңа симметрияларды іздестіру және симметрия анықталғаннан кейін оның бұзылу механизмі бірдей ынта-жігермен дереу іздейді. 1971 жылы ФИАНда Юрий Голфанд және Евгений Лихтан ұсынған суперсимметриямен де болды. Суперсимметрия шеңберінде «коллективисттер» бозондар мен «индивидуалисттер» фермалары біріктіріледі. Суперсимметрия мен КХД синтезінің құрылуына әкелді суперсимметриялық кванттық хромодинамика – біздің кейіпкеріміз.

Шүбәсыз, әрине, суперсимметрия табиғатта табылған жоқ және жай ғана теориялық ойыншық. Біз суперсимметриялық КХД-ны қызықты үлгі ретінде қарайтын боламыз. Сол сұрақты қойып көрейік: суперсимметриялық КХД жұмысының вакуумы және оның фонына қарсы шағын және үлкен ауытқулар қалай реттеледі? Біріншіден, бірнеше вакуум бар екенін қатаң көрсетуге болады – олардың бірнешееуі бар. Екіншіден, қосымша симметрияның арқасында жағымсыз әсерлердің кейбір қысқартулары орын алады және мұндай ортада суперсимметриясыз теориялық емес, вакуум туралы біразырақ айтуға болады деп үміттенеді.

1982-1984 жылдары суперсимметриялық КХД-да вакуумдағы үлкен ауытқулар – ITEP-да орындалатын бірқатар жұмыстарда зерттелді. Екі жаңа сұлу және күтпеген құбылыс анықталды, ол кванттық өріс теориясы одан әрі дамуына зор ықпал етті.

Біріншіден, теорияның өзара әрекеттесуінің әртүрлі масштабта қалай әрекет ететіндігі туралы үлкен сақина (суспензия нүктесі айналасында толық айналдыру кезінде дірілдейтін кішкентай маятник) фонының аздап ауытқуы – WZNSH деп аталатын (Weinstein-Zakharov-Novikov Шифман) нақты бета функциясы. Бұл, шамасы, кванттық өріс теориясы қосымша сақтау заңдарсыз алғашқы физикалық маңызды мөлшердегі барлық кішігірім ауытқулардың үлесін есепке ала отырып, мүмкін болды.

Екіншіден, ғарыш кеңістігінің түрлі нүктелеріне енгізілген екі сынақ объектісі осы нүктелер арасындағы қашықтық туралы білмеген кезде ерекше жағдай туындады. Бұл вакуумдық конденсаттардың біреуін теориялық есептеуге мүмкіндік берді.

Екі нәтиже де терең болды, олардың маңызы дереу бағаланбады. Біріншісі – шағын және үлкен ауытқулардың өзара байланысындағы жасырын құрылымбұзылмайтын) – енді тек салыстырмалы түрде жұқа көрініс алуға бастайды; екіншісі теологиялық емес өріс теориясының «топологиялық корреляторлардың» бірінші мысалы болды.

Аралас тұжырымдамасы болмаған топологиялық кванттық өріс теориясы 1980-шы жылдардың соңында Альберт Шварц пен Эдвард Виттеннің шығармаларында қатаң түрде тұжырымдалған және математика мен оның кванттық теориямен тығыз байланыста болған өрістер.

Н. Сейберг. Сурет insti.physics.sunysb.edu

Үшінші жеңімпаз кім? 1993-1994 жж. Натан Сайбергтің туындылары пайда болды, онда ол қазіргі кезде аталды Seiberg двойственность. Түрлі суперсимметриялық өріс теорияларының арасында өте нетривиальные қосылыстар бар деп болжанған.

Бұл гипотезаны мәнін түсіндіру, қатардағы сондықтан, бұл неліктен маңызды екенін түсіндіруге тырысамыз шектелуге, қиын. Біз бірнеше рет айтқанымыздай, шағын және үлкен вакуумдық ауытқулар бар. Кішігірім ауытқулар басым болған режим әлсіз байланыс режимі; үлкен кезде – күшті байланыстыру режимі. өзара іс-қимыл әсерлер оңай жүзеге асырылады шағын, есептеулер кезде Ол, әлсіз жалғастыратын режимінде екені түсінікті.

Осылайша, Сейбердің дуальділігі екі біріктіреді, олардың біреуі күшті байланыс режимінде, екіншісі әлсіз байланыс режимінде. Бұл теорияда қызықты нәтиже алуға мүмкіндік береді: біз двойственность трансформациясын қолданамыз және оны басқа теорияда әлсіз байланыс режиміне көшеміз, салыстырмалы түрде қарапайым есептерді орындаймыз және осы есептеулердің нәтижелерін бастапқы теорияға аударамыз. Мүмкін, өзі үшін жаңа рөлде рөл ойнаған сол актер, өзі туралы жаңа нәрсе білетін болады.

Мұндай трюк қызықты болжамдар жасауға мүмкіндік береді. Мысалы, бір теориядағы қарапайым бөлшектер басқа біреудің құрамына айналуы мүмкін. Сейбергтің двойственностының математикалық тұрғыдан қатаң дәлелі жоқ, бірақ физикалық суретті түсіндіруде өте пайдалы болып шықты. Бұл жұмыстар дуализм тұжырымдамасына өте кең контексте қызығушылық толқынын тудырды, ал қазір осы немесе осы дуализмге байланысты теориялардың саны үлкен.

Сонымен қатар, жол теориясының әртүрлі нұсқалары двойственные трансформацияларымен өзара байланысқан, бұл сверхтриндік теорияның барлық нұсқаларын бір M-теориясына – 11 өлшемді кеңістікте мембрананың теориясы біріктіруге мүмкіндік берді.

Барлық ірі вакуумдық тербелістерді нақты есептеуге болады ма? 1994 жылы Seiberg және Witten екі туындысы пайда болды, онда суперсимметриялық кванттық хромодинамика (ол туралы сұрамаңыз) тұрақты бөлшектердің масс-спектрін қоса физикалық тұрғыдан маңызды мөлшерде нақты жауап алынды. Кеңейтілген суперсимметриялы теорияда кішігірім вакуумдық ауытқулар салыстырмалы түрде оңай болғандықтан, негізгі мәселе үлкен ауытқуларға есепке алынады.

Бұл жұмыстар әлі күнге дейін қатты әсер қалдырады, авторлар ерекше физикалық түйсігі мен шектен тыс қиялдың ұшуынан басталатын шекарадан өтуге үлгерді. Бұл жағынан, олар өте жұқа математикалық нәтижелер мен дәлелдер сақталды.

Нәтижесінде дуальность, голоморфы және ренормализация тобы айтылған «үлкен шаблоннан қоян алды» және үлкен ауытқулардың жарналарын айқын есептемей, «барлық қарапайым тексерулерге төтеп берген» деген нақты жауапты «болжады».

Сол сәтте бұл көрінген бас бостандығынан айыру мәселесі КХД шешуге дайын. Алайда бұл қуаныш ертерек еді.қарапайым КХД босану түсіндіру мақсатында, ол қарапайым СС отырып бұзуға кеңейтілген суперсимметрии теориясы қажетті бірінші теориясы, және СС барлық емес, қайда қарапайым суперсимметрия КХД теориясы бұзуға екінші қадам болды.

алғашқы қадам тез жасалды, және ол шын мәнінде байланысты үлкен ауытқулардың қосу үшін монополиялық конденсат орын деп көрсетілді – в КХД күтілуде бас бостандығынан айыру механизмі. Бірақ екінші қадамды жасау өте қиын болды, осы бағытта зерттеулер қазіргі уақытта жалғасуда.

Күту кварктары. Nature.com сайтынан сурет

барлық ірі вакуумдық ауытқуларының Виттена Initio тікелей жүргізіледі қосу – Ол Seiberg- нәтиже «сұраса» жету он жыл өтті. Бұл әдемі алдаушылық тек 2002, Никита Некрасов атқарылды.

Ол шағын бұрыштық жылдамдықпен біздің төрт өлшемді әлемнің барлық (үш координаттары + уақыты) қатайтыңыз ыңғайлы болып шықты. Біршама қауіпті ұқсастығы бар. центрифугада, біз мүдделі «жарналарды» бөліп тырысуға болады – «Центрифуга» ұқсас нәрсе Некрасов арқылы жасалды, және нәтижесі үлкен вакуум ауытқуына толық жиынтықтау қазір бөлімнен Некрасов атымен.Сайберг-Виттеннің нәтижесі толық расталды.

Сейбергтің двойственность және Seiberg-Witten шешімі 11-өлшемді кеңістіктің геометриясымен және әлемдегі бейнелеу жолымен тығыз байланысты болды. Оқырман 11 өлшемді кеңістікте орналасқан алты өлшемді бетке («шоқ») өмір сүру идеясына біртіндеп үйренуге тиіс. Бұл оған ұнауы керек немесе онымен келісу керек, бәрі темпераментге байланысты.

Сайбергтің дуальділігі көп өлшемді кеңістіктегі бөрене қозғалысы болып шықты және вакуумдық айналасында үлкен ауытқулардың дәл қорытындысының нәтижесі «біздің тармағымыз» формасы өте нақты бір формаға ие болғанына теңестірілді. Тұрақты бөлшектердің жиынтығын және олардың массасын анықтайтын шоқтың пішіні.

Әрине, ғылым – бұл жасырын ойын және Құдаймен іздейміз, онда сіз әрдайым көшбасшы рөлін атқарасыз. Бірақ біз қандай объектті таңдап аламыз, біздің қолымызда және жеңімпаздарға құрмет көрсетуіміз керек, олар ең жоғары лайықты іздеу мақсаттарын таңдады. Әрине, Arcadia және Misha туралы жаза аламын, олар Ресейде 1990 жылға дейін жұмыс істеді және 70-ші және 80-ші жылдардағы ITEP алтын онжылдықтарында басты рөлде ойнады, ол, әрине, бірінші бес теориялық физиканың орталықтары.Олар сол жылдардағы толығымен бірегей ғылыми атмосфераны құруда маңызды рөл атқарды.

Аркадий Новосибирскіден ИТЭП-ға келгенде, бұл жиі болды, бұл жұмыс таңертең басталды, ал кешке, үйге келгенде, теориялық үстелдің екінші қабатынан дауыстың даусы естіліп, өзара қарым-қатынасты түсіндіру үшін бөтен адам аулақ бола алады.

Дирак сыйлығы

Және Аркадий мен Миша бірге авторлармен бірге олардың табиғатпен қарым-қатынасын анықтады. 40 жыл бойы шаштың түсі өзгерген жоқ. Енді Миннеаполис теориясының физикасы институтында да солай болады. Ғылымға деген ынта-жігері бірінші курс студенттеріне қызығушылық танытуы мүмкін. Сол сөздер Нейтан Сейберге де қатысты.

Аркадийдың жас теоретиктерді «тәрбиелеу» кезінде ойнап, ойнап отырған ерекше рөлін айту мүмкін емес. Оның формальды оқушылары көп емес, бірақ олардың көбісі, соның ішінде авторлар, олардың қанша бергенін біледі. Ауырлық теориясы бойынша белгілі «Вайнштейн радиусы» өте үлкен.

Бір әріптестің айтуы бойынша, конференциялар Вайнштейннің қатысушылары үшін өте қызықты болып табылатын скучниктерге бөлінеді.Миша Шифман соңғы жылдары ғалымдар мен ғылыми идеялар туралы әңгімелерді қызықты детективтік әңгімелер сияқты оқитын кітаптар мен эсселерге ғылымға деген сүйіспеншілігін жеткізеді. Олардың алауды ғылыми білімдерін берудегі рөлі үлкен, алайда мұндай адамдардың кетуіне байланысты, Ресейдегі ғылыми бедел мен сараптама институттарымен проблема соншалықты күрделі.

Бұл өзгермелі вакуум арқылы қысқа серуендеуді аяқтайды. Жоғарыда айтылғандай, КХД-дағы тұтқындау мәселесі аман қалды және оны шешуді күтуде. Оның үстіне, бұл кванттық ауырлық күшінің құрылысы мәселесімен тығыз байланысты екендігі анықталды, бірақ бұл тағы бір оқиға.

Лауреаттардың нәтижелері өте маңызды және сөзсіз жауапты табудың негізгі элементтерінің бірі бола алады. Дирак сыйлығының үш лауреаты ғана болуы мүмкін, бұл жүлдені тағайындау туралы шектеу болып табылады, сондықтан мен комитеттің бірнеше кеңейтілген тізімнен таңдауда қиындықтарға тап болғанына күмәнім жоқ. Валентин Захаровтың, Никита Некрасовтың және Виктор Новиковтың ғылыми үлесін атап өту керек. Осы үш жеңімпазды тағы да осы лайықты марапаттаумен құттықтаймын.


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

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