Теорія струн, концептуалізована понад 50 років тому як основа для пояснення утворення матерії, залишається невловною як «доказове» явище. Але група фізиків тепер зробила значний крок уперед у перевірці теорії струн, використовуючи інноваційний математичний метод, який свідчить про її «неминучість».
Теорія струн постулює, що основні будівельні блоки природи — це не частинки, а, скоріш, одномірні вібраційні струни, які рухаються різними частотами, визначаючи тип частки, що виникає — подібно до того, як вібрації струнних інструментів створюють масив музичних нот.
У своїй роботі, опублікованій у журналі Physical Review Letters, дослідники з Нью-Йоркського університету та Каліфорнійського технологічного інституту порушили таке запитання: «Яке математичне питання є єдиною відповіддю на теорію струн?» Такий підхід до розуміння фізики відомий як «завантажування» (bootstrap), що нагадує приказку про «підтягування себе за шнурки» — одержання результатів без додаткової допомоги або, у цьому разі, без вхідних даних.
Завантажування раніше дозволив фізикам зрозуміти, чому загальна теорія відносності та різні теорії частинок — наприклад, взаємодії глюонів усередині протонів — математично неминучі: вони є єдиними узгодженими математичними структурами за певних умов.
Однак на те саме питання раніше не було відповіді для теорії струн: які критерії однозначно визначають її, математично вибираючи її з багатьох можливих теорій?
У статті Physical Review Letters вчені виявили спосіб завантажування цих амплітуд струн, зокрема, побудувавши їх за допомогою створення математичних формул. Реалізуючи спеціальні математичні умови у своїх формулах для амплітуд розсіювання — які описують, як частинки взаємодіють і зрештою утворюються, група виявила, що амплітуди теорії струн виявилися єдиною узгодженою відповіддю.
"Ця стаття вперше дає відповідь на питання теорії струн", — говорить Грант Реммен, науковий співробітник Джеймса Артура в Центрі космології та фізики елементарних частинок Нью-Йоркського університету та один з авторів статті. "Тепер, коли математичні умови відомі, це наближає нас на крок до розуміння того, якщо і чому теорія струн повинна описувати наш всесвіт".
Автори статті, серед яких також були Кліффорд Чунг, професор теоретичної фізики в Калтеху, і Аарон Хіллман, науковий співробітник Калтеха, додають, що цей підхід може бути корисним для кращого розуміння квантової гравітації — він прагне примирити теорію відносності Ейнштейна, яка пояснює великомасштабну гравітацію за допомогою квантової механіки, яка описує активність частинок у найменших масштабах.
«Цей підхід відкриває нову сферу досліджень в аналізі унікальності амплітуд струн», — пояснює Реммен. «Розробка інструментів, викладених у нашому дослідженні, може бути використана для вивчення деформацій теорії струн, що дозволяє нам скласти карту простору можливостей для квантової гравітації».
