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 Генетики доказали, что неолитические общины Европы, строившие гигантские каменные сооружения, не были изолированными племенами. Масштабный анализ древних геномов показал, что носители разных археологических культур активно взаимодействовали, заключали браки и переезжали на сотни километров от дома. Исследование также подтвердило, что традиция возводить мегалиты передавалась от народа к народу как культурная идея, а не в результате массовой миграции.
Китайский аппарат Tianwen-1, находясь на орбите Марса, снял 3I/ATLAS с редкого ракурса вне плоскости орбиты межзвездной кометы. Наблюдение и моделирование показали, что кому кометы заполняют крупные частицы размером в сотни микрометров, выбрасываемые с массовым расходом примерно тонна в секунду.
На каждый доллар выручки у компании Илона Маска больше 26 центов убытков, при этом собственно космические операции, наоборот, прибыльны. Необычно крупные убытки ей принес совсем другой вид деятельности. Интересно, что именно благодаря ей SpaceX в ближайшие месяцы планирует выйти на фондовый рынок с оценкой в триллионы долларов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Астроциты — клетки, которые долго считались лишь «помощниками» нейронов — оказались частью скрытой системы связи в мозге. Они, как показали результаты нового исследования, формируют собственные протяженные сети, соединяющие разные части головного мозга. Это открытие меняет представление о том, как мозг координирует свою работу, адаптируется к новым условиям и восстанавливается после повреждений.
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