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끈 이론의 추가 차원 컬링

by 디기릭티틱티 디기릭티틱티 2021. 8. 25.

끈 이론의 추가 차원 컬링

M 이론의 한계로서의 끈 이론.

 

 

 

끈 이론의 궁극적인 목표는 양자 역학을 일반 상대성 이론과 통합하는 것뿐만 아니라 자연에서 관찰되는 입자와 힘의 스펙트럼을 설명하는 것입니다. 끈 이론의 최신 공식인 행렬 이론은 11개의 시공간 차원을 가지고 있습니다. 그것의 지지자들은 그러한 모든 이론들 중에서 가장 성가신 문제와 씨름했습니다. , 4차원 세계에서 추가 차원을 관찰할 수 없도록 만드는 방법을 정확히 설명하는 것입니다. 압축은 또한 그러한 이론의 흥미로운 속성의 대부분을 지정합니다. 46PRL 에서 끈 이론가 팀은 행렬 이론의 압축 문제를 해결하기 위해 도약합니다.

 

끈 이론은 세계가 10차원 시공간에서 진동하는 믿을 수 없을 정도로 작은 끈으로 구성되어 있다고 가정합니다. 3년 전에 끈 이론의 5가지 유형이 실제로 초중력 을 포함하는 11차원 이론인 "M 이론"의 서로 다른 한계라는 것이 발견되었습니다 . "M"의 의미에 대한 합의는 없지만 이론이 여러 차원의 진동하는 표면을 포함하기 때문에 많은 끈 이론가들은 그것을 ""을 나타내는 것으로 간주합니다. M 이론에는 정확한 운동 방정식이 없지만 1996년 뉴저지주 Piscataway에 있는 Rutgers 대학의 Tom Banks와 그의 동료들은 M 이론이 기본 변수가 행렬인 " 행렬 이론 "으로 설명될 수 있다고 제안했습니다 .

 

그림 캡션

그림을 펼치다

JM Pierre / 캘리포니아 대학교 산타 바바라 캠퍼스

도넛을 원형 와이어로 압축합니다.

그러나 이 11차원 이론을 4차원으로 압축하는 것은 어려운 일이었습니다. 압축은 이론의 추가 차원을 매우 작은 크기로 "말리는" 것을 의미합니다. 예를 들어, 2차원을 말리려면 도넛(2차원 표면)을 가져 와서 관찰할 수 없을 정도로 작은 단면을 가진 원형 와이어로 압착하여 시작합니다. 그런 다음 와이어 루프를 한 지점까지 조입니다. "축소된" 치수를 감지할 만큼 민감한 프로브가 없으면 와이어는 1차원으로 나타나고 점은 0차원으로 나타납니다. M 이론에서 그 규모는 다음과 같습니다. 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴 cm는 오늘날의 탐사선이 도달할 수 있는 범위를 훨씬 벗어났기 때문에 7차원을 압축한 후에는 우리가 4차원에서만 살고 있는 것처럼 보입니다.

 

이번주 PRL에서, University of California at BerkeleyShamit Kachru, Harvard UniversityAlbion Lawrence, CA Stanford Linear Accelerator CenterEva Silverstein6차원을 11차원에서 5차원으로 압축하는 문제를 해결했습니다. (Kachru에 따르면 접근 방식을 4차원으로 확장하려고 하면 "질적으로 새로운" 문제가 발생합니다.) 기존의 선택인 6차원 토러스(도넛)를 사용하여 행렬 이론의 6차원을 압축하는 것은 표면이 어렵기 때문에 어렵습니다. 많은 구멍이 있습니다. 그것은 또한 tori가 너무 대칭적이기 때문에 자연에서 관찰되는 것보다 더 많은 대칭성을 갖는 이론으로 이어집니다. 그들은 많은 다른 회전과 반사에서 불변합니다. Calabi-Yau 매니폴드라는 복잡한 6차원 공간을 사용하여 올바른 이론을 압축해야 합니다.

 

첫 번째 연습인 6개의 토러스를 사용하여 행렬 이론을 압축하는 시도가 많았지만 성공하지 못했습니다. Calabi-Yau 매니폴드로 압축하는 더 어려운 문제를 시도하는 것을 고려한 사람은 아무도 없었습니다. 그러나 Kachru와 그의 동료들은 놀랍게도 Calabi-Yau 다양체를 사용하여 6-토리를 사용하는 것보다 행렬 이론을 압축하는 것이 실제로 더 쉽습니다. Calabi-Yau 매니폴드는 구멍이 더 적기 때문에 매트릭스 이론의 일부 복잡성을 피하고 매니폴드의 복잡성으로 인한 어려움을 능가합니다. "행렬 이론은 스트링이 다른 것과 대조적으로 하나의 매니폴드에서 압축되는 것을 좋아하는 이유를 가르쳐줄 수 있습니다."라고 Kachru는 말합니다.

 

끈 이론가들은 행렬 이론이 세계를 아주 작은 규모로 표현하는지 여부를 아직 알지 못합니다. 그러나 뉴저지 주 프린스턴에 있는 고급 연구 연구소의 Edward Witten에 따르면 "계기 이론만 포함하는 출발점에서 중력을 포함하는 이론을 어떻게 구축할 수 있는지 놀랍습니다.“

 

빅뱅의 남은 빛인 우주 마이크로파 배경은 최근 매우 자세하게 매핑되었지만, 주로 우리 은하 내부의 근원과 분리하기 어렵기 때문에 천문학자들은 은하외 적외선(IR) 배경을 측정하는 데 훨씬 더 많은 어려움을 겪었습니다. 30년 전에 이러한 오염이 없는 측정에 대한 간접적인 접근 방식이 제안되었습니다. IR 배경 광자가 원거리 소스에서 도달하는 감마선에 미치는 영향을 살펴보십시오. 46PRL에서, 팀은 최신 고에너지 감마선 관찰을 사용하여 IR 배경에 대해 아직 제안된 가장 엄격하고 모델 독립적인 한계를 설정하는 이 유형의 가장 상세한 분석을 설명합니다. 그들은 또한 IR 한계를 두 가지 특정 문제, 즉 매우 거대한 암흑 물질 후보와 거대한 중성미자의 가능성에 적용합니다.

 

지난 10년 동안 천문학자들은 IR 배경이 가장 큰 영향을 미치는 범위에서 매우 높은 에너지의 감마선으로부터 대기 입자 소나기를 안정적으로 감지하기 시작했습니다(위 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴, 또는 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴). 이론에 따르면, 지구와 소스 사이에 충분한 IR 광자가 존재한다고 가정할 때, 먼 소스의 감마 광자는 배경 IR 광자와 결합하여 높은 확률로 전자-양전자 쌍을 생성해야 합니다. 반응에는 최소한의 감마 광자 에너지가 필요하며 이론가들은 이 과정에서 흡수해야 하기 때문에 더 높은 에너지로 지구에 도달하는 광자의 수가 급격히 감소할 것으로 예상합니다. 그러나 이 컷오프의 에너지는 IR 광자의 밀도에 크게 의존하므로 알려진 거리의 소스에서 적은 수의 고에너지 광자를 감지하더라도 IR 광자 밀도의 상한선을 의미합니다. 한계가 있었다면 감마선은 결코 지구에 도달하지 못했을 것입니다.

 

IR 배경 연구에 대한 이러한 접근 방식의 가장 큰 어려움 중 하나는 IR 스펙트럼과 그 소스에서 감마 스펙트럼의 모양이 불확실하다는 것입니다. 영국 옥스포드 대학의 Steven Biller와 그의 동료들은 스펙트럼에 대해 거의 가정하지 않음 으로써 PRL 논문 에서 이러한 어려움을 해결하려고 시도했습니다 . "우리는 놀랐습니다."라고 Biller는 회상합니다. 단순히 감마 스펙트럼이 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴위성 기반 IR 관측 및 최근 지상 기반 감마선 관측과의 일관성이 필요합니다. Biller와 그의 동료들은 본질적으로 0.3에서 0.3 사이의 에너지에서 IR 수준의 상한선으로 위성 데이터에 의존했습니다. 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴여러 에너지 범위로 분류된 더 낮은 IR 에너지에 대한 예측을 확장하는 데 사용했습니다. 0.030.03 사이의 범위에서 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴, 그들의 결과는 위성 관측을 기반으로 한 한계보다 10배 이상 IR 상한을 줄였습니다.

 

이 분석은 IR 배경이 은하의 별과 먼지와 같은 "전통적인" 출처에서 예상되는 것보다 훨씬 크지 않음을 시사하는 다른 최근 연구와 일치합니다. 아마도 우주의 90%는 우리가 직접 관찰할 수 없는 신비한 "암흑 물질"로 구성되어 있을 것입니다. 그러나 일부 암흑 물질 후보는 적외선 배경에 기여하여 "전통적인" 수준 이상으로 증가시킬 것입니다. Biller와 그의 동료들은 본질적으로 "VMO(Very Massive Objects)"라고 불리는 이러한 후보 중 하나를 배제한다고 주장합니다. 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴오래 전에 블랙홀이 되었지만 일생 동안 IR 복사에 기여했을 태양 질량. 그러나 저자는 이 결과에 대해 한 가지 주의 사항을 제시합니다. 다른 파장에서 재방사되는 많은 양의 IR 흡수 먼지가 있는 경우 VMO가 배제되지 않습니다. 그들은 또한 IR 배경 데이터를 사용하여 제안된 거대 중성미자에 대한 매개변수를 제한했는데, 이는 중성미자 질량이 0.1eV에 가까운 범위에 있는 경우 복사 붕괴 ​​메커니즘을 통해 IR 광자를 제공할 수 있습니다.

 

VERITAS라고 하는 새로운 감마 망원경 배열은 향후 몇 년 내에 건설을 시작할 예정이며 팀은 감지할 수 있는 더 넓은 범위의 에너지를 간절히 기다리고 있습니다. Biller“[IR] 제한이 개선되지 않을 이유가 없습니다.

 

 

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