كتل الجسيمات الأساسية مثل Z وW البوزونات أظهرت دراسة نظرية جديدة أنه من الممكن أن يكون قد نشأ من الهندسة الملتوية للأبعاد المخفية.

وقد حدد العمل طريقة لتجاوز مجال هيجز كمصدر لكتل ​​الجسيمات، مما يوفر أداة جديدة لفهم كيفية ظهور مجال هيغز نفسه، بالإضافة إلى وسيلة محتملة لمعالجة بعض الثغرات المستمرة في النموذج القياسي فيزياء الجسيمات.

“في صورتنا” يقول الفيزيائي النظري ريتشارد بينتشاك وفقا للأكاديمية السلوفاكية للعلوم، فإن “المادة تنبثق من مقاومة الهندسة نفسها، وليس من مجال خارجي”.

متعلق ب: قد لا يكون بوزون هيغز بوابة للفيزياء الجديدة بعد كل شيء

ال مجال هيجز تم اقتراحه لأول مرة في ستينيات القرن الماضي كوسيلة لتفسير سبب امتلاك الجسيمات الأساسية لكتلة – وهي مشكلة ضخمة كانت تحبط الجهود المبذولة لبناء نموذج جديد. نموذج متسق فيزياء الجسيمات. كان الفضل، جزئيًا، في مجال هيجز، حيث تمكن الفيزيائيون من بناء النموذج القياسي الذي نعتمد عليه اليوم.

وإليك كيف يعمل. تخيل أن الكون مملوء بمادة لزجة غير مرئية. أي جسيمات تتحرك عبر الكون تتحرك أيضًا عبر هذه المادة اللزجة، ويتفاعل كل جسيم معها بشكل مختلف قليلاً.

الجسيمات التي تتفاعل بقوة مع المادة اللزجة كما لو كانت تخوض في الطين تتصرف كأنها “ثقيلة”. بوزونات W وZ. الجسيمات التي بالكاد تتفاعل هي “خفيفة”، مثل الإلكترونات. ولا تتفاعل معها الفوتونات على الإطلاق. يُعرف هذا التفاعل بآلية هيغز، وهي تشرح بدقة شديدة كتل الجسيمات.

نحن نعلم أن مجال هيغز حقيقي لأن تموجاته الكمومية هيغز بوزون، كان أخيرا و اكتشف بثقة كبيرة في مصادم الهادرونات الكبير عام 2012. ومع ذلك، هذا لا يعني أن آلية هيغز هي القصة بأكملها.

ما زلنا لا نعرف، على سبيل المثال، لماذا يمتلك حقل هيغز الخصائص التي يمتلكها. ولا يفسر حل هيغز المادة المظلمة، أو الطاقة المظلمةأو لماذا يوجد مجال هيغز في المقام الأول.

نحن نفتقد بعض المعلومات في مكان ما، ويعتقد بينتشاك وزملاؤه أن بعض الأدلة قد تكمن في الهندسة الخفية، وفقًا لدراستهم لفضاء سبعة أبعاد يسمى ز₂ مشعب.

المشعب هو نوع من الفضاء الرياضي – وهو مصطلح عام يستخدم لأي “شكل” يمكن أن يحتوي على منحنيات أو طيات أو التفافات. غالبًا ما يستخدم الفيزيائيون المتشعبات لوصف هندسة الزمكان، أو أبعاد إضافية مخفية المقترحة في نظريات مثل نظرية الأوتار.

يمكن أن يكون لهذه المساحات اتجاهات أكثر من الاتجاهات المألوفة من الأعلى إلى الأسفل، ومن اليسار إلى اليمين، ومن الأمام إلى الخلف في الحياة اليومية. تتطلب بعض المتشعبات سبعة اتجاهات مستقلة كاملة. يُعرف المشعب ذو البنية المحددة بسبعة الأبعاد، والمرتب بطريقة مقيدة بإحكام، باسم المشعب G2.

طور الباحثون معادلة جديدة تسمى G₂–تدفق ريتشي مما سمح لهم بوضع نموذج لكيفية عمل G₂ تغييرات متعددة مع مرور الوقت.

“كما هو الحال في الأنظمة العضوية، مثل التواء الحمض النووي أو تلاعب الأحماض الأمينية، يمكن لهذه الهياكل ذات الأبعاد الإضافية أن تمتلك الالتواء، وهو نوع من الالتواء الجوهري.” يشرح بينتشاك.

“عندما نسمح لها بالتطور مع مرور الوقت، نجد أنها يمكن أن تستقر في تكوينات مستقرة تسمى السوليتونات. يمكن أن توفر هذه السوليتونات تفسيرًا هندسيًا بحتًا لظواهر مثل كسر التناظر التلقائي.”

أ سوليتون يشبه موجة واحدة مكتفية ذاتيًا يمكنها الحفاظ على شكلها إلى الأبد. ووجد الباحثون أن G₂ استرخى المشعب في مثل هذا التكوين المستقر تمامًا – وكان هذا التكوين يحتوي على تطور أو التواء يصبح مطبوعًا على بوزونات W و Z، مما ينتج عنه نفس تأثير إعطاء الكتلة تمامًا مثل آلية هيجز.

تشير النتائج أيضًا مبدئيًا إلى أن التوسع المتسارع للكون قد يكون مرتبطًا بالانحناء الناتج عن نوع التواء G₂ يمكن أن ينقل المنوع. وإذا كان هذا الالتواء يتصرف كحقل، فيجب أن يُظهر الجسيمات، بالطريقة التي يؤدي بها حقل هيغز إلى ظهور هيغز بوسون.

أطلق الباحثون على هذا الجسيم الافتراضي اسم تورستون، ووصفوا كيف ينبغي أن يتصرف هذا الجسيم.

إذا كان موجودًا، فقد يكون من الممكن اكتشاف Torstone في الحالات الشاذة في مصادم الجسيمات، ومواطن الخلل الغريبة في خلفية الميكروويف الكونيةوحتى موجة الجاذبية مواطن الخلل. إن وجوده بعيد كل البعد عن إثباته، ولكن إذا كان مجال الالتواء موجودًا، فنحن نعرف الآن من أين نبدأ في البحث.

إنها بعض الأشياء الجامحة والمثيرة للاهتمام، ولكن كذلك كان مجال هيجز في أيامه – وقد استغرق الأمر ما يقرب من 50 عاما لإثبات. نأمل ألا نضطر إلى الانتظار طويلاً للحصول على إجابات حول احتمال G₂ متعددة الجوانب، ولكن حتى الآن، يعد هذا النهج بطريقة نحو إيجاد حلول لبعض الأسئلة الملحة.

“الطبيعة غالبا ما تفضل الحلول البسيطة” يقول بينتشاك.

“ربما لا تأتي كتل بوزونات W وZ من مجال هيغز الشهير، بل مباشرة من هندسة الفضاء ذي الأبعاد السبعة.”

وقد تم نشر البحث في الفيزياء النووية ب.