Uitni Klavin, Kaliforniya Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Zərrəciklərin toqquşması ilə bağlı bir neçə sadə riyazi fərziyyədən sim nəzəriyyəsinin necə ortaya çıxdığını göstərən sənət əsəri. Müəllif: Clifford Cheung tərəfindən süni intellekt tərəfindən yaradılan sənət əsəri

Əgər bir alma götürüb getdikcə daha kiçik hissələrə bölə bilsəydiniz, əvvəlcə molekullar, sonra atomlar, ardınca protonlar kimi subatom hissəcikləri və onları təşkil edən kvarklar və qlüonlar tapardınız. Ən aşağı nöqtəyə çatdığınızı düşünə bilərsiniz, amma sim nəzəriyyəçilərinə görə, daha kiçik miqyaslara – protondan təxminən milyard dəfə kiçik – davam etsəniz, daha çox şey tapacaqsınız: kiçik titrəyən simlər.

1960-cı illərdə inkişaf etdirilən sim nəzəriyyəsi kainatdakı hər şeyin görünməz simlərdən ibarət olduğunu irəli sürür. Bu nəzəriyyə, dünyamızı ən kiçik miqyaslarda təsvir edən kvant mexanikasını kainatımızın ən böyük miqyaslarda (və cazibə qüvvəsini də əhatə edən) necə işlədiyini izah edən ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə uyğunlaşdırmaq cəhdi olan “kvant cazibə qüvvəsi” probleminin mümkün həlli kimi ortaya çıxdı. Tədqiqatçılar iki nəzəriyyəni uzlaşdırmağa çalışdılar – məsələn, cazibə qüvvəsinin kvant aləmində necə davrandığını soruşdular – lakin onların tənlikləri çaşqınlığa uğrayır və ya riyazi baxımdan sonsuzluğa gedir.

Sim nəzəriyyəsi, nizamsız sonsuzluqları ram edən riyazi bir həlldir. İddia olunur ki, cazibə qüvvəsini daşıdığına inanılan hipotetik hissəcik olan qraviton da daxil olmaqla, bütün hissəciklər çox kiçik titrəyən simlər tərəfindən yaradılır. Sim nəzəriyyəsinin arxasındakı riyazi hesablamalar, simlərin yaşadığımız dörd ölçüdə (üçü məkan, biri isə zaman üçün) deyil, ən azı 10 ölçüdə titrəməsini tələb edir ki, bu da bəzi elm adamlarının sim nəzəriyyəsinin doğru olduğuna əmin olmamalarının səbəblərindən biridir. Lakin bəlkə də nəzəriyyə üçün ən böyük çətinlik onu sınamaq üçün tələb olunan ultra yüksək enerjilərdir: Belə bir təcrübə qalaktika ölçüsündə bir hissəcik toqquşdurucusu tələb edərdi.

Fizik nə etməlidir? Nəzəriyyəni araşdırmağın bir yolu, tədqiqatçıların kainat haqqında doğru hesab etdikləri müəyyən fərziyyələrlə başladıqları və sonra bu fərziyyələrdən hansı qanunların ortaya çıxdığını görəcəkləri “bootstrap” yanaşmasına müraciət etməkdir. Physical Review Letters jurnalında dərc üçün qəbul edilmiş “Demək olar ki, heç nədən yaranan sətirlər” adlı yeni bir məqalədə Kaliforniya Texnologiya İnstitutunun tədqiqatçıları və onların Nyu-York Universiteti və Barselonadakı Altes Energies İnstitutundakı həmkarları məhz bunu ediblər. Zərrəciklərin çox yüksək enerjilərdə bir-birindən necə səpələnməsi ilə bağlı bir neçə əsas fərziyyədən onlar sətir nəzəriyyəsinin elementlərini əldə ediblər.

“Simlər sadəcə olaraq töküldü”, – deyə nəzəri fizika professoru və Kaltek Universitetinin Nəzəri Fizika üzrə Leinweber Forumunun direktoru Klifford Çeunq bildirir. “Biz əvvəlcə simlər haqqında heç bir fərziyyə ilə başlamadıq, amma sonra həll sətirlərin təməl daşlarını ehtiva etdi.”

Çeunq deyir ki, bu iş sim nəzəriyyəsi üçün eksperimental dəlil olmasa da, “nəzəri baxımdan çox güman ki, ümumi fərziyyələr sonsuz həllər verə bilərdi, lakin onlar yalnız bir həll yolu verdilər”, – deyə o bildirib.

Kaltek Universitetinin Nəzəri Fizika və Riyaziyyat üzrə Fred Kavli professoru və Kent və Coys Kresa adına Fizika, Riyaziyyat və Astronomiya Bölməsinin Rəhbərlik Sədri, məqalənin müəllifi olmasa da, sim nəzəriyyəçisi olan Hirosi Ooquri izah edir ki, bu başlanğıc yanaşması fiziklərə sim nəzəriyyəsinin müəyyənedici xüsusiyyətlərini anlamağa kömək edir. “Bu, həm də tədqiqatçılara alternativ nəzəriyyələr yaratmağa kömək edir. Əgər sim nəzəriyyəsi doğru deyilsə və biz başqa bir model tapmaq istəyiriksə, onda hansı əsas fərziyyələri aradan qaldırmalıyıq?” Ooquri deyir.

Harmoniyada olan hissəciklər

Komandanın təhlilindən “çıxan” tellərin əsas imzalarından biri tel spektri kimi tanınır. 1960-cı illərin sonlarında Avropa Nüvə Tədqiqatları Təşkilatının (CERN) italyan nəzəri fizik Qabriele Veneziano tərəfindən kəşf edilən spektr, kütlələrin və spinlərin diskret addımlarla artdığı sonsuz bir hissəcik qülləsi və ya nərdivanıdır.

“Venezianonun dövründə hissəcik toqquşdurucuları toqquşmalardan bu zibil püskürməsinin, müxtəlif kütləli hissəciklərin çıxdığını görürdülər. Bu, çox maraqlı idi və heç kimin nə baş verdiyini bilmədiyi bir şey idi. Veneziano bütün kütlələri təsvir etmək üçün bir funksiya yazdı və sonsuz bir hissəcik qülləsini ortaya qoydu”, – deyə Çeunq bildirir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Digər tədqiqatçılar sonradan Venezianonun hissəciklər qülləsinin titrəyən simin harmonik seriyasına uyğun olduğunu anladılar. Əgər skripka simini çıxarsanız, oxşar bir nümunəni izləyən əsas notu və obertonları təmsil edən bir sıra notlar alacaqsınız.

Sim nəzəriyyəsi yarandı, lakin yalnız 1974-cü ildə Kaliforniya Texnologiya İnstitutundan Con Şvarts, Nəzəri Fizika üzrə fəxri professor Harold Braun və onun həmkarı, fransız fiziki Joel Şerk nəzəriyyənin cazibə qüvvəsini də əhatə etdiyini anladılar və bununla da sim nəzəriyyəsi ilə ümumi nisbilik nəzəriyyəsi arasında ilk əlaqəni yaratdılar.

“O dövrdəki bütün hissəcik fizikləri kimi, bizim də cazibə qüvvəsinə əvvəllər marağımız yox idi. Sim nəzəriyyələri, Eynşteynin aşağı enerjili yaxınlaşma kimi mövcud olan ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən fərqli olaraq, çox yüksək enerjilərdə yaxşı inkişaf etmişdir. Buna görə də, hələ çox şey başa düşülməsə də, sim nəzəriyyəsinin hansısa versiyasının hər şeyin vahid kvant nəzəriyyəsini təmin edə biləcəyindən çox həyəcanlı idik”, – deyə Şvarts bildirir.

Sim nəzəriyyəsində kiçik simlərin fərqli vibrasiya rejimləri fərqli hissəcikləri əmələ gətirir. Məsələn, foton əsas rejimində titrəyən açıq uclu simdən, qravitonun isə qapalı simin əsas vibrasiya rejimindən qaynaqlandığı düşünülür.

Sıfırdan

Yeni tədqiqatda tədqiqatçılar hissəciklərin toqquşmasının mümkün nəticələrinin ehtimallarını təsvir edən səpələnmə amplitudaları adlanan bir şeyə baxdılar. Tədqiqatçılar ümumi nisbilik nəzəriyyəsi alətlərindən istifadə edərək getdikcə daha yüksək enerjilərdə səpələnmə amplitudalarını formalaşdırdıqda, nizamsız sonsuzluqlar ortaya çıxır. Riyazi baxımdan bu o deməkdir ki, nəticələr məntiqli deyil və doğru ola bilməz.

“Əgər ümumi nisbilik nəzəriyyəsini götürüb Plank şkalası adlanan çox yüksək enerjilərdə səpələnsəniz — bu, protonun kütləsindən təxminən 19 dəfə böyükdür — heç bir məna kəsb etməyən bir nəticə əldə edirsiniz. Hər şey tamamilə sıradan çıxır”, – deyə Çeunq bildirir.

Sim nəzəriyyəsi məhz burada özünü göstərir. Bu nəzəriyyə riyazi hesablamaların sonsuzluğa getməsinin qarşısını bir neçə yolla alır. Bunlardan biri ultrayumşaqlıq adlanır və simlər həddindən artıq yüksək enerjilərdə qarşılıqlı təsirləri yumşaldır və ya ləkələyir və bu da onları riyazi cəhətdən daha idarəolunan edir.

“Sim nəzəriyyəsi çərçivəsində, hissəciklər arasında enerji ötürülməsini artırdıqca, hissəciklərin səpələnmə ehtimalında sürətli bir azalma görəcəksiniz. Sanki hissəciklər bir-birindən səpələnmək belə istəmirlər, əksinə sərbəst şəkildə keçirlər”, – deyə Çeunq bildirir. “Səpələnmə amplitudaları sonsuzluğa getmir. Daha yaxşı davranılır.”

Tədqiqatçılar hissəcik davranışı üçün bu ultrayumşaqlıq xüsusiyyətini ilkin fərziyyələrindən biri kimi qəbul etdilər. Onlar zəncirlər haqqında heç bir fərziyyə irəli sürmədilər, lakin hissəciklərin yüksək enerjilərdə səpələnmə ehtimalının daha aşağı olduğunu doğru hesab etdilər – bu, kvant cazibə nəzəriyyələrindəki istənməyən sonsuzluqları ram etmək üçün lazım olan bir şeydir.

Bundan əlavə, onlar hissəcik davranışı haqqında daha mürəkkəb olan “minimal sıfırlar” adlı başqa bir fərziyyə irəli sürdülər. “Qeyd edək ki, ardıcıllıq səpələnmə amplitudalarının yalnız qarşılıqlı təsir üçün deyil, həm də “sıfırlar” adlanan xüsusi kinematik nöqtələrdə qarşılıqlı təsir göstərməməsi üçün tələb olunur . “Minimal sıfırlar” fərziyyəsi tənliklərin riyazi olaraq icazə verdiyi ən az sayda belə yoxa çıxan nöqtələri tələb edir”, – deyə Çeunq bildirir.

Bu iki fərziyyəni təsvir edən riyazi hesablamalardan başlayaraq, tədqiqatçılar bu fərziyyələri təmin edən yeganə riyazi funksiyaların sim nəzəriyyəsinin müəyyənedici xüsusiyyətləri olduğunu ciddi şəkildə sübut etdilər. Bu xüsusiyyətlərə sim nəzəriyyəsi ilə müəyyən edilmiş hissəcik kütlələrinin və spinlərinin tam spektri, eləcə də onların ətraflı qarşılıqlı təsir gücləri daxildir.

Nyu-York Universitetinin Ceyms Artur Postdoktoral Təqaüdçüsü, həmmüəllif Qrant N. Remmen (Ph.D. ’17) deyir: “Sim nəzəriyyəsinin dəqiq təfərrüatları, o cümlədən nəzəriyyənin məşhur olduğu simin ‘harmonikalarını’ təşkil edən sonsuz sayda nəhəng fırlanan hissəciklər qülləsi avtomatik olaraq ortaya çıxdı.”

Tədqiqatçıların başlanğıc yanaşması sudoku tapmacasına bənzəyir: Siz rəqəmləri bir cədvəldə necə yerləşdirmək barədə riayət etməli olduğunuz bir neçə qayda ilə başlayırsınız və bu əsas qaydalardan tapmacanın yeganə unikal həllini axtarırsınız.

“Dərin ironiya ondadır ki, hazırda müasir alətlər və müasir ideyalarla davam etdirdiyimiz bu başlanğıc ideyası çox retrodur. Bu, köhnə bir fikirdir”, – deyə Çeunq izah edir. “Veneziano spektrinin ilkin kəşfi və Con Şvartsın işi oxşar bir yanaşma tətbiq etdi. Onlar simli nəzəriyyə modelləri ilə başlamadılar, əksinə, həllər əsas prinsiplərdən irəli gəldi.”

Çeunq həmçinin Kaltexdən Stiven Frautskini “bootstrap” yanaşmasının qabaqcıllarından biri kimi qeyd edir. Kaltexdə nəzəri fizika professoru, fəxri fəxri Frautski və onun həmkarı, əvvəllər Kaliforniya Universitetinin Berklidə təhsil almış mərhum Ceffri Çyu 1960-cı illərdə hissəciklər fizikasında “bootstrap” nəzəriyyəsini ilk inkişaf etdirənlər idilər (Çyu bu adı “özünü bootstrapları ilə yuxarı çəkmək” ifadəsindən sonra ortaya atmışdı). Frautski və Çyu sonradan Veneziano tərəfindən kəşf edilən sonsuz hissəciklər qülləsi üçün erkən dəlillər tapdılar.

“Bootstrap ideyası köhnəlmişdi, amma indi Klif kimi insanlar onu yenidən canlandırır və modernləşdirirlər”, Ooquri deyir. “İndi edə biləcəyimiz əsas fərziyyələri daha yaxşı başa düşürük, eləcə də bu fərziyyələri səpələnmə amplitudalarının və digər müşahidə edilə bilən xüsusiyyətlərin xüsusiyyətlərinə çevirmək üçün daha güclü üsullara sahibik.”

Nəşr detalları

Clifford Cheung və digərləri, Demək olar ki, heç nədən yaranan sətirlər, Fiziki icmal məktubları (2026). DOI: 10.1103/cw4p-cqh7 . arXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2508.09246

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Məktubları , arXiv  

Əsas anlayışlar

Hipotetik hissəciklər fizikası modelləriSimlər və breynlərZərrəciklər fizikasıKvant cazibə qüvvəsi

Kaliforniya Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir