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.
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.
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.
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