작년에, 입자 물리학 자 랜스 딕슨 (Lance Dixon)은 자신의 슬라이드에 포함 시키려고 계획 한 두 공식 사이의 놀라운 유사성을 발견했을 때 강의를 준비하고있었습니다.
.산란 진폭이라고하는 공식은 입자 충돌의 가능한 결과의 확률을 제공합니다. 산란 진폭 중 하나는 4 개의 글루온을 충돌시키고 생성하는 2 개의 글루온 입자의 확률을 나타냈다; 다른 하나는 글루온과 iggs 입자를 생산하기 위해 충돌 할 확률을 부여했습니다.
스탠포드 대학교의 교수 인 딕슨은“나는 그들이 비슷해 보이기 때문에 약간 혼란스러워했다.
그는 자신의 관찰을 줌의 공동 작업자와 공유했습니다. 두 개의 산란 진폭이 일치 해야하는 이유를 알지 못한다.이 그룹은 아마도 우연이라고 생각했다. 그들은 점차 더 높은 수준의 정밀도에서 두 가지 진폭을 계산하기 시작했습니다 (정밀도가 클수록 비교해야 할 용어가 많을수록). 전화가 끝날 무렵, 물리학 자들은 계속해서 동의 한 수천 가지 용어를 계산 한 후, 새로운 이원성을 다루고 있다고 확신했습니다.
이제 연구원들이 부르는대로, 반도체 이원성은 9,300 만 기간이 포함 된 고정밀 계산으로 확인되었습니다. 이 이원성은 우리의 우주를 잘 설명하지 않는 단순화 된 글루온과 다른 입자에 대한 이론에서 발생하지만, 비슷한 이원성이 현실 세계에서 유지 될 수있는 단서가 있습니다. 연구원들은 이상한 발견을 조사하는 것이 입자 물리학의 겉보기에 관련이없는 측면 사이에 새로운 연결을 만드는 데 도움이되기를 희망합니다.
Brown University의 입자 물리학자인 Anastasia Volovich는“이것은 완전히 예상치 못한 것이기 때문에 웅장한 발견입니다.
입자 산란의 DNA
Dixon과 그의 팀은 특수“코드”를 사용하여 전통적인 방법보다 산란 진폭을보다 효율적으로 계산하여 반도체 이중성을 발견했습니다. 일반적으로, 2 개의 고 에너지 글루온 산란의 확률을 파악하여 4 개의 저에너지 글루온을 생성하는 경우,이 결과를 산출 할 수있는 가능한 모든 경로를 고려해야합니다. 당신은 이야기의 시작과 끝을 알고 있지만 (두 개의 글루온은 4 개가되었습니다), 양자 불확실성 덕분에 일시적으로 존재할 수있는 모든 입자를 포함하여 중간을 알아야합니다. 전통적으로, 당신은 가능한 각 중간 사건의 확률을 한 번에 하나씩 가져 가야합니다.
.2010 년 에이 번거로운 계산은 바로 가기를 발견 한 Volovich를 포함한 4 명의 연구원에 의해 우회되었습니다. 그들은 모든 것을 새로운 구조로 재구성함으로써 진폭 계산의 복잡한 표현을 제거 할 수 있음을 깨달았습니다. "문자"라고 불리는 새로운 구조의 6 가지 기본 요소는 각 입자의 에너지와 운동량의 조합을 나타내는 변수입니다. 6 개의 글자는 단어를 구성하고 단어는 결합하여 각 산란 진폭에서 용어를 형성합니다.
Dixon 은이 새로운 체계를 유전자 코드와 비교하는데, 여기서 4 개의 화학 빌딩 블록이 결합되어 DNA 가닥에 유전자를 형성합니다. 유전자 코드와 마찬가지로,“입자 산란의 DNA”는 그가 부르는 단어의 조합이 허용되는 규칙을 가지고 있습니다. 이러한 규칙 중 일부는 알려진 물리적 또는 수학적 원칙에서 따르지만 다른 규칙은 임의적 인 것처럼 보입니다. 일부 규칙을 발견하는 유일한 방법은 긴 계산에서 숨겨진 패턴을 찾는 것입니다.
일단 발견되면, 이러한 불가능한 규칙은 입자 물리학자가 전통적인 접근 방식에서 달성 할 수있는 것보다 훨씬 높은 수준의 정밀도에서 산란 진폭을 계산하는 데 도움이되었습니다. 구조 조정으로 Dixon과 그의 협력자들은 두 가지 겉보기에 관련이없는 산란 진폭 사이의 숨겨진 연결을 발견 할 수있었습니다.
antipode 맵
이원성의 핵심에는 "반포드 맵"이 있습니다. 지오메트리에서, 반 포도 맵은 구의 지점을 가져 와서 좌표를 반전시켜 구의 중심을 통해 다른 쪽 지점으로 바로 보냅니다. 칠레에서 중국으로 구멍을 파는 것과 동등한 수학적입니다.
산란 진폭에서 Dixon이 찾은 반 포도 맵은 조금 더 추상적입니다. 진폭을 계산하는 데 사용되는 글자의 순서를 뒤집습니다. 두 개의 글루온이 4 개가되는 2 개의 글루온이 산란 진폭의 모든 용어 에이 반포 코드 맵을 적용하고 (간단한 변수 변경 후에) 이렇게하면 두 개의 글루온이 하나의 글루온과 iggs가되는 진폭이 생성됩니다.
.Dixon의 DNA 비유에서, 이중성은 유전자 서열을 뒤로 읽고 그것이 원래 서열에 의해 암호화 된 것과 관련이없는 완전히 새로운 단백질을 암호화한다는 것을 깨닫는 것과 같습니다.
.“우리 모두는 반포드 맵이 쓸모가 없다고 확신했습니다. … 물리적 의미가 없거나 의미있는 일을하는 것 같습니다.”라고 연구에 참여하지 않은 코펜하겐의 Niels Bohr Institute의 진폭 전문가 인 Matt Von Hippel은 말했습니다. "그리고 지금은 그것을 사용하여 완전히 설명 할 수없는 이원성이 있습니다. 꽤 야생입니다."
.우리 세계가 아닙니다
이제 두 가지 큰 질문이 있습니다. 첫째, 왜 이원성이 존재합니까? 둘째, 현실 세계에서 비슷한 연결을 유지하는 것이 발견 될 것인가?
우리 세계를 구성하는 17 개의 알려진 기본 입자는 입자 물리학 표준 모델이라고하는 일련의 방정식을 준수합니다. 표준 모델에 따르면, 원자 핵을 결합시키는 질량이없는 입자 인 2 개의 글루온에 따르면 서로 쉽게 서로 상호 작용하여 자신의 숫자를 두 배로 늘려 4 개의 글루온이됩니다. 그러나, 하나의 글루온과 하나의 iggs 입자를 생산하려면, 충돌하는 글루온은 먼저 쿼크와 골동품으로 변형되어야한다. 그런 다음 이것들은 글루온의 상호 상호 작용과 다른 힘을 통해 글루온과 iggs로 변모합니다.
이 두 가지 산란 과정은 너무 다르고, 하나는 표준 모델의 완전히 다른 섹터를 포함하여 그들 사이의 이원성이 매우 놀랍습니다.
그러나 Dixon과 그의 동료들이 공부하고있는 입자 물리학의 단순화 된 모델에서도 반세도 이원성도 예상치 못한 일입니다. 그들의 장난감 모델은 여분의 대칭으로 가상의 글루온을 지배하여 산란 진폭을보다 정확하게 계산할 수 있습니다. 이원성은 이러한 글루온과 관련된 산란 과정과 다른 이론에 의해 설명 된 입자와 외부 상호 작용이 필요한 과정을 연결합니다.
Dixon은 자신이 이원성이 어디에서 왔는지에 대한 매우 끔찍한 단서를 가지고 있다고 생각합니다.
Volovich와 그녀의 동료들이 발견 할 수없는 규칙을 상기하여 어떤 단어 조합을 산란 진폭으로 허용하십시오. 일부 규칙 중 일부는 2- 글루온에서 글루온-히그 스 진폭에서 서로 옆에 나타날 수있는 글자를 임의로 제한하는 것으로 보입니다. 그러나이 규칙을 이중성의 반대편에 매핑하고 인과 관계를 보장하는 잘 정립 된 규칙 세트로 변모합니다. 나가는 입자가 나타나기 전에 들어오는 입자 간의 상호 작용이 발생하도록 보장합니다.
.Dixon의 경우, 이것은 두 진폭 사이의 더 깊은 물리적 연결에 대한 작은 힌트이며, 표준 모델에서 비슷한 것을 유지할 수 있다고 생각하는 이유입니다. "그러나 그것은 매우 약하다"고 말했다. "중고 정보입니다."
이질적인 물리적 현상 사이의 다른 이원성이 이미 발견되었습니다. 예를 들어, 중력이없는 이론적 세계가 중력을 가진 세상에 이중 인 ADS-CFT 서신은 1997 년 발견 이후 수천 개의 연구 논문을 연료로 공급했습니다. 그러나이 이원성도 실제 우주와 달리 뒤틀린 지오메트리를 가진 중력 세계에만 존재합니다. 그럼에도 불구하고, 많은 물리학 자에게, 우리 세계에서 여러 이중이 거의 유지된다는 사실은 이러한 놀라운 연결이 나타나는 모든 포괄적 인 이론적 구조의 표면을 긁을 수 있다고 암시합니다. Dixon은“나는 그들이 모두 이야기의 일부라고 생각합니다.
