Симметрия Z4: ученый предложил новый подход к объяснению барионной асимметрии Вселенной
Физик-теоретик Сергей Вергелес, доцент МФТИ, старший научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН предложил новый подход к объяснению барионной асимметрии — через дискретную симметрию Z4 в решеточной теории гравитации.
Почему мы существуем? Не в философском, а в самом буквальном физическом смысле: при Большом взрыве материи и антиматерии должно было родиться поровну, они должны были аннигилировать и оставить после себя лишь море фотонов — абсолютно пустую Вселенную без звезд, планет и людей. Тем не менее мы есть. Это означает, что природа где-то сыграла нечестно: она отдала предпочтение материи перед антиматерией. Этот факт называется барионной асимметрией, и объяснить его из первых принципов до сих пор не удавалось ни одной теории.
Решеточная теория гравитации — это попытка описать пространство-время не как непрерывный континуум, а как дискретную сеть, своего рода кристаллическую решетку. Идея, предложенная итальянским физиком Туллио Редже в 1961 году, восходит к интуиции о том, что на планковских масштабах (порядка 10⁻³⁵ метра) само пространство должно иметь «зернистую» структуру. Сергей Вергелес из МФТИ в своих научных работах разрабатывает конкретную версию этой теории, в которой динамическими переменными служат два типа объектов: элементы голономии (аналог связности поля) и тетрады, связывающие локальную геометрию каждого «кусочка» пространства с глобальной структурой. На этой дискретной сцене разворачиваются поля Дирака — математические объекты, описывающие фермионы, а значит в том числе кварки и электроны, элементарные кирпичики физического мира.
Физику удалось обнаружить глобальную симметрию Z4 в действии этой теории. Z4 — это группа из четырех элементов, описывающая симметрию поворота на четверть оборота: применить ее четыре раза — значит вернуться к исходному состоянию. Преобразование Z4 действует на поля Дирака, смешивая частицы и античастицы. При достаточно высоких температурах симметрия Z4 не нарушена, а различие между частицей и античастицей в математическом смысле исчезает. Работа опубликовал в журнале JETP Letters.
Это напоминает ситуацию с магнетизмом. Выше точки Кюри магнит теряет намагниченность: все направления спинов равноправны, симметрия не нарушена. Ниже точки Кюри симметрия спонтанно нарушается — спины выбирают одно направление. По этой аналогии при достаточно высоких температурах ранней Вселенной Z4-симметрия не нарушена.
При охлаждении симметрия нарушается: сначала до подгруппы Z2 (промежуточная фаза с частично восстановленным различием), а затем, в низкотемпературной фазе, и Z2-симметрия ломается — пространство-время «рождается» в привычном виде, и материя получает преимущество над антиматерией.
Вергелес показал это все в своей работе строго математически.
В более ранних работах Вергелеса была доказана унитарность рассматриваемой решеточной теории гравитации в пространстве-времени Минковского — свойство, которое большинство кандидатов на квантовую теорию гравитации не могут продемонстрировать. Это придает построению Вергелеса серьезный теоретический статус: выводы о Z4-симметрии применяются к математически корректной теории, а не к хорошо выглядящей игрушечной модели.
Введенное преобразование Z4 является «корнем» ранее изученного автором PT-преобразования — дискретного аналога комбинированной симметрии пространственной инверсии и обращения времени. Таким образом, текущая работа встраивается в целую программу исследований: от построения решеточной теории гравитации — через доказательство ее унитарности — к пониманию фазовых переходов при планковских температурах и их космологических следствий.
Сергей Вергелес, доцент кафедры теоретической физики им. Л. Д. Ландау МФТИ, старший научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН так объяснил значение полученного результата:
«Разница между частицей и античастицей, которую мы принимаем как данность, в рамках Z4-симметричной фазы ранней Вселенной просто отсутствует. Это не метафора: математически и Ψ, и Ψ† описываются через одни и те же комбинации эффективных полей. Когда симметрия нарушается при охлаждении — частицы «рождаются», и именно тогда решается вопрос, каких из них будет больше. Я надеюсь, что этот механизм даст ключ к одной из старейших загадок космологии».
Дальнейшая программа исследований включает детальный анализ механизма нарушения симметрии и количественные оценки величины барионной асимметрии, которые должны совпасть с наблюдаемым значением — примерно одним барионом на миллиард фотонов. Если такое совпадение удастся получить из первых принципов решеточной теории гравитации, это станет одним из крупнейших результатов в теоретической физике последних десятилетий.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно