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 После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вполне возможно, что примерно 55 тысяч лет назад неандертальцы обитали гораздо южнее, чем считалось до сих пор. На то, что они могли приспособиться к жизни в условиях пустыни, указали каменные орудия, обнаруженные на Аравийском полуострове.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
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