Поворот между скрытыми измерениями может объяснить массу

Новая теоретическая статья показала, что массы фундаментальных частиц, таких как Z- и W-бозоны, могли возникнуть в результате искривленной геометрии скрытых измерений.

Работа наметила способ обойти поле Хиггса как источник масс частиц, предлагая новый инструмент для понимания того, как само поле Хиггса могло возникнуть, а также возможные средства устранения некоторых постоянных пробелов в Стандартной модели физики элементарных частиц.

«На нашей картине» говорит физик-теоретик Рихард Пинчак из Словацкой академии наук, «материя возникает в результате сопротивления самой геометрии, а не из внешнего поля».

По теме: Бозон Хиггса, возможно, все-таки не станет порталом в новую физику

Поле Хиггса было впервые предложено в 1960-х годах как способ объяснить, почему фундаментальные частицы имеют массу – огромная проблема, которая препятствовала усилиям по созданию последовательной модели частицы физика. Отчасти благодаря полю Хиггса физики смогли построить Стандартную модель, на которую мы полагаемся сегодня.

Вот как она работает. Представьте, что Вселенная наполнена невидимой липкой слизью. Любые частицы, движущиеся во Вселенной, также движутся через эту слизь, и каждая частица взаимодействует с ней немного по-разному.

Частицы, которые сильно взаимодействуют со слизью, как если бы они пробирались сквозь грязь, ведут себя как «тяжелые», как W- и Z-бозоны. Частицы, которые почти не взаимодействуют, являются «легкими», как и электроны. Фотоны с ним вообще не взаимодействуют. Это взаимодействие известно как механизм Хиггса, и оно очень четко объясняет массы частиц.

Мы знаем, что поле Хиггса реально, потому что его квантовая пульсация, бозон Хиггса, была наконец и очень уверенно открыта на Большом адроном коллайдере в 2012 году. Однако это не означает, что механизм Хиггса — это вся история.

Мы до сих пор не знаем, например, почему поле Хиггса обладает такими свойствами. Решение Хиггса также не объясняет ни темную материю, ни темную энергию, ни то, почему вообще существует поле Хиггса.

Мы где-то упускаем некоторую информацию – и Пинчак и его коллеги считают, что некоторые подсказки могут лежать в скрытой геометрии, согласно их исследованию семимерного пространства, называемого многообразием G2.

Многообразие — это своего рода математическое пространство — общий термин, используемый для любой «формы», которая может иметь кривые, складки или изгибы. Физики часто используют многообразия для описания геометрии пространства-времени или скрытых дополнительных измерений, предлагаемых в таких теориях, как теория струн.

Эти пространства могут иметь больше направлений, чем знакомые нам в повседневной жизни вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад. Некоторые коллекторы требуют полных семи независимых направлений. Многообразие с определенной семимерной структурой, устроенное очень жестко ограниченным образом, известно как многообразие G2.

Исследователи разработали новое уравнение, называемое потоком G₂-Риччи, которое позволило им смоделировать, как многообразие G₂ изменяется с течением времени.

«Как и в органических системах, таких как скручивание ДНК или направленность аминокислот, эти дополнительные размерные структуры могут обладать кручением, своего рода внутренним «, — объясняет Пинчак.

«Когда мы позволяем им развиваться во времени, мы обнаруживаем, что они могут образовывать стабильные конфигурации, называемые солитонами. Эти солитоны могут дать чисто геометрическое объяснение таких явлений, как спонтанное нарушение симметрии».

Солитон подобен одиночной, самоподдерживающейся волне, которая может сохранять свою форму навсегда. Исследователи обнаружили, что их многообразие G₂ релаксировало в именно такую стабильную конфигурацию – и эта конфигурация имела закручивание или кручение, которое запечатлевалось в W- и Z-бозонах, производя тот же эффект придания массы, что и механизм Хиггса.

Результаты также позволяют предположить, что ускоряющееся расширение Вселенной может быть связано с кривизной, возникающей в результате скручивания многообразия G₂. передать. И если это торсион ведет себя как поле, в нем должны проявляться частицы, подобно тому, как поле Хиггса порождает бозон Хиггса.

Исследователи назвали эту гипотетическую частицу Торстон и описали, как такая частица должна вести себя.

Если она существует, Торстон можно обнаружить в аномалиях коллайдера частиц, странных сбоях в космическом микроволновом фоне и даже в сбоях гравитационных волн. Его существование далеко не доказано, но если торсионное поле существует, то теперь мы знаем, с чего начать поиски.

Это довольно дикая и головокружительная вещь, но в свое время то же самое было и с полем Хиггса – и чтобы доказать это, потребовалось почти 50 лет. Надеемся, нам не придется так долго ждать ответов о возможных многообразиях G₂, но пока этот подход обещает путь к решению некоторых острых вопросов.

«Природа часто предпочитает простые решения», — говорит Пинчак.

«Возможно, массы W- и Z-бозонов происходят не из знаменитого поля Хиггса, а непосредственно из геометрии семимерного пространства».

Исследование опубликовано в журнале Ядерная физика Б.