Onderzoekers van de Universiteit van Southampton en het Korea Institute for Advanced Study hebben onlangs aangetoond dat supersymmetrie abnormaal is in N=1 superconforme kwantumveldentheorieën (SCFT's) met een abnormale R-symmetrie. De anomalie beschreven in hun paper, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , werd eerder waargenomen in holografische SCFT's bij sterke koppeling, maar hun werk bevestigt dat het al aanwezig is in de eenvoudigste gratis STFC's.

"Supersymmetrie is een symmetrie die deeltjes relateert met gehele en half-gehele spin, en heeft sinds zijn ontdekking een centrale rol gespeeld in vele vorderingen in de theoretische natuurkunde, "Kosta Skenderis, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Het is gebruikt als een middel om het gedrag van sterk op elkaar inwerkende kwantumsystemen te begrijpen waar onze gebruikelijke theoretische hulpmiddelen (perturbatietheorie) niet van toepassing zijn, evenals in enkele van de belangrijkste kandidaten voor meer dan de standaardmodelfysica."

Supersymmetrie ligt ten grondslag aan de wiskundige consistentie van de snaartheorie, dat is de meest complete theorie van kwantumzwaartekracht die tot nu toe is voorgesteld. Een kwantumafwijking, zoals die waargenomen door de onderzoekers, is in wezen het falen van een symmetrie om op kwantumniveau te behouden. Deze anomalieën zijn er meestal in twee soorten:"slechte", die de snaartheorie wiskundig inconsistent en "gezond" maken, die belangrijke kwantumeigenschappen van de theorie vastleggen.

"De mogelijkheid van anomalieën in supersymmetrie werd eind jaren 70 tot begin jaren 90 besproken. maar in eerdere gevallen de theorieën die een supersymmetrie-afwijking hadden, hadden ofwel onfysische eigenschappen of waren 'ziek, ' omdat ze werden veroorzaakt door andere 'slechte' kwantumafwijkingen, "Zei Skenderis. "Het was dus een grote verrassing toen een van ons twee jaar geleden een nieuwe supersymmetrie-anomalie ontdekte, dit keer in een 'gezonde' theorie."

De vorige studie uitgevoerd door Ioannis Papadimitriou, een van de collega's van Skenderis, inspireerde de onderzoekers om supersymmetrie-anomalieën in SCFT's verder te onderzoeken. In zijn eerdere werk Papadimitriou liet zich inspireren door eerdere studies die verschillende technieken gebruikten om dezelfde fysieke waarneembare waarden te berekenen en tegenstrijdige resultaten opleverden. De anomalie die in zijn werk werd aangetoond, verklaarde uiteindelijk de inconsistenties die in eerdere studies werden waargenomen.

"Het belangrijkste doel van ons recente PRL-artikel was om het bestaan ​​van de nieuwe anomalie vast te stellen met behulp van dezelfde methoden die 50 jaar geleden leidden tot de ontdekking van kwantumafwijkingen in een eenvoudig voorbeeld van een consistente N=1 superconforme veldentheorie in vier dimensies, Papadimitriou legde uit. "Het bestaan ​​van de nieuwe supersymmetrie-anomalie voor elke consistente N=1 superconforme theorie in vier dimensies werd aangetoond in eerder werk en bleek later te bestaan ​​in een veel algemenere klasse van theorieën die niet noodzakelijk klassiek conformistisch invariant zijn in ."

In hun studie hebben Papadimitriou, Skenderis, en hun collega's Georgios Katsianis en Marika Taylor gebruikten dezelfde methoden die eind jaren '60 werden gebruikt om kwantumafwijkingen te ontdekken. Ze berekenden een bepaald waarneembaar kwantum (vierpuntsfunctie van symmetriestromen), die nul zou moeten zijn als er geen anomalie is. interessant, echter, ze vonden het niet-nul.

"Deze berekening is gedaan met behulp van de eenvoudigst mogelijke theorie (eigenlijk, het eerste vierdimensionale supersymmetrische model) en dit toonde aan dat de anomalie al voorkomt in modellen die lang geleden zijn ontwikkeld, " zei Skenderis. "De belangrijkste nieuwigheid hier was dat het waarneembare kwantum dat we berekenden anders was dan de waarneembare objecten die in eerdere werken over supersymmetrische anomalieën werden onderzocht."

De algemene vorm van de supersymmetrie-afwijking die door de onderzoekers werd aangetoond, werd voor het eerst gepresenteerd in een eerdere studie van Papadimitriou die gebruikmaakte van de zogenaamde Wess-Zumino-consistentiecondities. Deze voorwaarden zijn een reeks vergelijkingen die moeten gelden om kwantumafwijkingen wiskundig consistent te maken.

"Onze belangrijkste observatie was dat een zeer brede klasse van supersymmetrische kwantumveldentheorieën in vier dimensies een bepaald type supersymmetrie-anomalie bezit, " zei Skenderis. "Deze anomalie heeft mogelijke implicaties voor een groot aantal theoretische modellen die verder gaan dan de standaardmodelfysica, waarvan verschillende waarschijnlijk wiskundig inconsistent zijn op kwantumniveau als gevolg van de nieuwe supersymmetrie-anomalie."

Naast de theoretische implicaties, de anomalie waargenomen door Skenderis, Papadimitriou en hun collega's zouden een sleutelrol kunnen spelen in het microscopisch begrip van bepaalde zwarte gaten die ontstaan ​​in de snaartheorie. uiteindelijk, een beter begrip van anomalieën binnen de snaartheorie zou een hoogst niet-triviale test kunnen zijn van de wiskundige consistentie van de theorie zelf. In hun toekomstige werk, de onderzoekers zijn dus van plan deze anomalieën verder te onderzoeken.

"Verdere generalisatie van de supersymmetrie-anomalie naar lagere of hogere dimensionale theorieën is een noodzakelijke stap om de gevolgen van dergelijke anomalieën in verschillende contexten volledig te onderzoeken, "Zei Papadimitriou. "Bovendien, het identificeren van verschillende maar gelijkwaardige formuleringen van de supersymmetrie-anomalie is ook nuttig om de implicaties van de anomalie beter te begrijpen, zowel voor buiten de standaardmodelfysica als voor supersymmetrische zwarte gaten. Dit zijn enkele van de onderzoeksrichtingen die sommigen van ons momenteel volgen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk