Скрытые измерения могут объяснить происхождение массы

Геометрия самого пространства может играть в физике гораздо более важную роль, чем считалось ранее. Вместо того чтобы быть лишь фоном для действия сил, само пространство-время может быть ответственным за силы и частицы, из которых состоит Вселенная.

Новая теоретическая работа предполагает, что фундаментальное поведение природы может возникать непосредственно из структуры пространства-времени, указывая на геометрию как на общее происхождение физических взаимодействий.

Скрытые измерения и семимерная геометрия

В статье, опубликованной в журнале Nuclear Physics B, физик Ричард Пинчак и его коллеги исследуют, могут ли свойства материи и сил возникать из геометрии невидимых измерений, лежащих за пределами обычного пространства.

Художественное представление поля Браута-Энглерта-Хиггса. Автор: Daniel Dominguez/CERN

Их исследование предполагает, что Вселенная включает дополнительные измерения, которые нельзя наблюдать напрямую. Эти измерения могут быть компактными и свёрнутыми в сложные семимерные формы, называемые G₂-многообразиями. До сих пор такие геометрические структуры обычно рассматривались как фиксированные и неизменные. Новое же исследование изучает, что происходит, когда этим формам позволяют эволюционировать во времени через математический процесс, известный как G₂-поток Риччи, который постепенно изменяет их внутреннюю геометрию.

Скрученная геометрия и стабильные структуры

Как и в органических системах, таких как скручивание ДНК или хиральность аминокислот, эти дополнительные измерения могут обладать кручением — своего рода внутренним скручиванием, — объясняет Пинчак.

Это кручение вносит встроенное вращение в саму геометрию. Когда исследователи смоделировали, как эти скрученные формы меняются со временем, они обнаружили, что геометрия может естественным образом стабилизироваться в устойчивые паттерны, называемые солитонами.

Когда мы позволяем им эволюционировать во времени, мы обнаруживаем, что они могут стабилизироваться в конфигурации, называемые солитонами. Эти солитоны могут дать чисто геометрическое объяснение таким явлениям, как спонтанное нарушение симметрии.

Переосмысление происхождения массы

В Стандартной модели физики элементарных частиц масса возникает в результате взаимодействия с полем Хиггса, которое придаёт вес таким частицам, как W- и Z-бозоны. Новая теория предлагает иную возможность. Вместо того чтобы полагаться на отдельное поле, масса может быть результатом кручения внутри самой экстра-измерительной геометрии.

В нашей картине материя возникает из сопротивления самой геометрии, а не из внешнего поля, — говорит Пинчак.

С этой точки зрения масса отражает то, как пространство-время реагирует на свою собственную внутреннюю структуру, а не на влияние добавленного физического ингредиента.

Космическое расширение и возможная новая частица

Исследователи также связывают геометрическое кручение с кривизной пространства-времени в больших масштабах. Это соотношение может помочь объяснить положительную космологическую постоянную, связанную с ускоряющимся расширением Вселенной.

Помимо этих космологических следствий, команда предполагает существование ранее неизвестной частицы, связанной с кручением, которую они называют «Торстоун». Если она реальна, её потенциально можно будет обнаружить в будущих экспериментах.

Развитие геометрического видения Эйнштейна

Более широкая цель работы — продвинуть идею Эйнштейна дальше. Если гравитация возникает из геометрии, авторы задаются вопросом, могут ли все фундаментальные силы иметь одно и то же происхождение.

Природа часто предпочитает простые решения. Возможно, массы W- и Z-бозонов происходят не от знаменитого поля Хиггса, а непосредственно из геометрии семимерного пространства, — заключает Пинчак.

Исследование было поддержано проектом R3 №09I03-03-V04-00356.

ИИ: Эта работа — яркий пример того, как теоретическая физика продолжает искать более глубокие, элегантные объяснения фундаментальных явлений. Идея о том, что масса может быть не свойством частиц, а проявлением скрытой геометрии пространства, звучит фантастически, но именно такие смелые гипотезы двигают науку вперёд. Если предсказанный «Торстоун» будет обнаружен, это станет одним из величайших открытий XXI века.