Физики из Калифорнийского технологического института и Нью-Йоркского университета доказали, что ключевые свойства теории струн могут возникать всего из нескольких базовых принципов, без прямого задания самой теории. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Теория струн предполагает, что все частицы и силы природы возникают из колебаний чрезвычайно маленьких «струн» — объектов, размеры которых примерно в миллиард миллиардов раз меньше протона. Идея появилась еще в 1960-х годах как попытка объединить квантовую механику и общую теорию относительности, однако проверить ее напрямую пока невозможно: для этого потребовался бы ускоритель частиц размером с галактику.
Поэтому ученые используют альтернативный подход — «бутстрэп». Вместо построения полной теории они задают лишь несколько общих правил, которым должна подчиняться природа, а затем смотрят, какие законы из них следуют.
Авторы новой работы изучали столкновения частиц при экстремально высоких энергиях и использовали только два условия: особое «мягкое» поведение взаимодействий и минимальное число точек, где вероятность столкновения обращается в ноль. Неожиданно вычисления привели к структурам, характерным именно для теории струн.
«Струны просто появились сами собой. Мы вообще не закладывали никаких предположений о теории струн, но решение содержало ее ключевые признаки», — рассказал руководитель исследования Клиффорд Ченг.
Одним из таких признаков оказался так называемый «струнный спектр» — бесконечная последовательность частиц с возрастающими массой и спином. Подобную структуру еще в конце 1960-х годов описал итальянский физик Габриэле Венециано при анализе данных коллайдеров. Позднее ученые поняли, что эта последовательность напоминает гармоники вибрирующей струны.
По словам авторов, работа не доказывает струнную теорию экспериментально, но показывает, что ее основные свойства могут естественным образом следовать из фундаментальных требований к физическим законам.
Ранее физикам впервые удалось «поймать» квантовых призраков.