Fisikawan yang mengembara dalam "lanskap" teori string - ruang dari milyaran dan milyaran solusi matematika untuk sebuah teori di mana setiap solusi memberikan persamaan yang coba dijelaskan oleh fisikawan kepada realitas - telah menemukan bagian dari persamaan yang mencakup sebanyak mungkin partikel materi. di alam semesta kita. Namun, bagian ini sangat besar: setidaknya ada satu kuadriliun solusi seperti itu. Ini adalah penemuan terbesar dalam sejarah teori string.
Alam semesta dalam teori string
Menurut teori string, semua partikel dan gaya fundamental dihasilkan oleh getaran string kecil. Untuk konsistensi matematis, string ini bergetar dalam ruangwaktu 10 dimensi. Dan untuk konsistensi dengan pengalaman hidup kita sehari-hari di alam semesta, dengan tiga dimensi ruang dan satu waktu, enam dimensi tambahan "dipadatkan" sehingga tidak dapat dideteksi.
Pemadatan yang berbeda menghasilkan solusi yang berbeda. Dalam teori string, "solusi" mengacu pada ruang hampa waktu, yang diatur oleh teori gravitasi Einstein yang dikombinasikan dengan teori medan kuantum. Setiap solusi menggambarkan alam semesta yang unik, dengan kumpulan partikelnya sendiri, gaya fundamental, dan sifat penentu lainnya.
Beberapa ahli teori string telah memfokuskan upaya mereka untuk mencoba menemukan cara menghubungkan teori string dengan sifat alam semesta teramati kita yang diketahui - khususnya, Model Standar fisika partikel, yang menggambarkan semua partikel dan gaya yang diketahui kecuali gravitasi.
Sebagian besar upaya ini berasal dari versi teori string di mana string berinteraksi dengan lemah. Selama dua puluh tahun terakhir, bagaimanapun, cabang baru teori string yang disebut teori-F telah memungkinkan fisikawan untuk bekerja dengan string yang sangat berinteraksi - atau digabungkan erat.
“Hasil yang menarik adalah ketika hubungannya besar, kita bisa mulai mendeskripsikan teori secara geometris,” kata Miriam Tsvetik dari University of Pennsylvania di Philadelphia.
Video promosi:
Ini berarti bahwa ahli teori string dapat menggunakan geometri aljabar - yang menggunakan metode aljabar untuk memecahkan masalah geometri - untuk menganalisis berbagai cara memadatkan dimensi ekstra dalam teori F dan mencari solusi. Matematikawan secara mandiri mempelajari beberapa bentuk geometris yang muncul dalam teori-F. “Mereka memberi kami fisikawan banyak alat,” kata Ling Lin, juga dari University of Pennsylvania. "Geometri sebenarnya sangat penting, ini adalah 'bahasa' yang membuat teori-F menjadi struktur yang kuat."
Kuadriliun alam semesta
Jadi, Tsvetik, Lin, James Halverson dari Northeastern University di Boston menggunakan metode ini untuk mengidentifikasi kelas solusi dengan mode string getar yang mengarah ke spektrum fermion (atau partikel materi) yang sama seperti yang dijelaskan oleh Model Standar - termasuk properti, karena fermion terdiri dari tiga generasi (misalnya, elektron, muon, dan tau adalah tiga generasi dari jenis fermion yang sama).
Solusi teori-F yang ditemukan oleh Tsvetik dan rekan-rekannya juga memasukkan partikel yang menunjukkan kiritas (kurangnya simetri di sisi kanan dan kiri) dari Model Standar. Dalam terminologi fisika partikel, solusi ini mereproduksi "spektrum kiral" partikel yang tepat dalam Model Standar. Misalnya, quark dan lepton dalam solusi ini memiliki versi kiri dan kanan, seperti di alam semesta kita.
Pekerjaan baru menunjukkan bahwa setidaknya ada kuadriliun solusi di mana partikel memiliki spektrum kiral yang sama seperti dalam Model Standar, 10 kali lipat lebih banyak solusi daripada yang telah ditemukan dalam teori string sejauh ini. “Sejauh ini, ini adalah subkelas terbesar dari solusi Model Standar,” kata Tsvetik. "Apa yang menakjubkan dan menyenangkan adalah bahwa semuanya dalam teori string yang digabungkan erat di mana geometri membantu kita."
Kuadriliun adalah angka yang sangat besar, meskipun jauh lebih sedikit daripada jumlah solusi dalam teori-F (yang terakhir dihitung sekitar 10.272.000). Dan karena ini adalah angka yang sangat besar, yang mengkhianati sesuatu yang tidak sepele dan benar dalam fisika partikel di dunia nyata, ini akan dipelajari dengan sangat teliti dan serius, kata Halverson.
Eksplorasi lebih lanjut akan mencakup mengidentifikasi hubungan yang lebih kuat dengan fisika partikel di dunia nyata. Peneliti harus mengidentifikasi koneksi atau interaksi antar partikel dalam solusi teori-F, yang lagi-lagi bergantung pada detail geometris pemadatan dimensi ekstra.
Sangat mungkin bahwa dalam ruang kuadriliun solusi akan ada beberapa solusi yang mengarah pada peluruhan proton dalam skala waktu yang dapat diperkirakan. Ini jelas akan bertentangan dengan dunia nyata, karena percobaan tidak mengungkapkan tanda-tanda peluruhan proton. Atau fisikawan dapat mencari solusi yang menerapkan spektrum partikel Model Standar, sambil mempertahankan simetri matematis (paritas-R). Simetri ini melarang proses tertentu peluruhan proton dan akan sangat menarik dari sudut pandang fisika partikel, tetapi tidak ada dalam model modern.
Selain itu, pekerjaan ini mengasumsikan adanya supersimetri - yaitu, semua partikel standar memiliki partikel mitra. Teori string membutuhkan simetri ini untuk memastikan konsistensi matematis dari solusi.
Tetapi untuk teori supersimetri apa pun agar sesuai dengan alam semesta yang dapat diamati, kesimetrisannya harus dipatahkan (seperti menempatkan peralatan makan dan kaca di sisi kiri atau kanan yang tidak sinkron akan merusak kesimetrian pengaturan meja). Jika tidak, partikel mitra akan memiliki massa yang sama dengan partikel Model Standar - yang pasti tidak demikian, karena kami belum melihat partikel mitra semacam itu dalam eksperimen kami.
Ilya Khel
