« Исключительно простая теория всего » [1] — это препринт по физике , предлагающий основу для единой теории поля , часто называемой « теорией E 8 », [2] , которая пытается описать все известные фундаментальные взаимодействия в физике и выступить в качестве возможной теории всего . Статья была опубликована в Physics arXiv Энтони Гарретом Лиси 6 ноября 2007 года и не была представлена в рецензируемый научный журнал . [3] Название представляет собой каламбур на используемую алгебру, алгебру Ли самой большой « простой », « исключительной » группы Ли , E 8. Цель статьи — описать, как объединенная структура и динамика всех гравитационных и Стандартной модели полей частиц являются частью алгебры Ли E 8. [2]
Теория представлена как расширение программы теории великого объединения , включающей гравитацию и фермионы. Теория получила шквал освещения в СМИ, но также была встречена с широким скептицизмом. [4] Scientific American сообщил в марте 2008 года, что теория была «в значительной степени, но не полностью проигнорирована» основным физическим сообществом, и несколько физиков подхватили работу, чтобы развить ее дальше. [5] В июле 2009 года Жак Дистлер и Скип Гарибальди опубликовали критическую статью в Communications in Mathematical Physics под названием «Внутри E 8 нет „Теории всего“ », [6] утверждая, что теория Лизи и большой класс связанных моделей не могут работать. Дистлер и Гарибальди предлагают прямое доказательство того, что невозможно встроить все три поколения фермионов в E 8 или получить хотя бы одно поколение Стандартной модели без присутствия дополнительных частиц, которые не существуют в физическом мире.
Целью теории E 8 является описание всех элементарных частиц и их взаимодействий, включая гравитацию, как квантовых возбуждений одной геометрии группы Ли — в частности, возбуждений некомпактной кватернионной действительной формы наибольшей простой исключительной группы Ли, E 8 . Группа Ли, такая как одномерная окружность, может пониматься как гладкое многообразие с фиксированной, высокосимметричной геометрией. Более крупные группы Ли, как многообразия более высокой размерности, могут быть представлены как гладкие поверхности, состоящие из множества окружностей (и гипербол), закручивающихся друг вокруг друга. В каждой точке N-мерной группы Ли может быть N различных ортогональных окружностей, касающихся N различных ортогональных направлений в группе Ли, охватывающих N-мерную алгебру Ли группы Ли. Для группы Ли ранга R можно выбрать не более R ортогональных окружностей, которые не закручиваются друг вокруг друга, и таким образом сформировать максимальный тор в группе Ли, соответствующий набору R взаимно коммутирующих генераторов алгебры Ли, охватывающих подалгебру Картана . Каждое состояние элементарной частицы можно рассматривать как другое ортогональное направление, имеющее целое число поворотов вокруг каждого из R направлений выбранного максимального тора. Эти R чисел поворота (каждое из которых умножается на масштабный коэффициент) представляют собой R различных видов элементарного заряда, которые имеет каждая частица. Математически эти заряды являются собственными значениями генераторов подалгебры Картана и называются корнями или весами представления .
В Стандартной модели физики элементарных частиц каждый отдельный вид элементарной частицы имеет четыре различных заряда , соответствующих поворотам вдоль направлений четырехмерного максимального тора в двенадцатимерной группе Ли Стандартной модели, SU(3)×SU(2)×U(1). В теориях великого объединения (GUT) группа Ли Стандартной модели рассматривается как подгруппа более многомерной группы Ли, такой как 24-мерная SU(5) в модели Джорджи–Глэшоу или 45-мерная Spin(10) в модели SO(10) . Поскольку для каждого измерения группы Ли существует своя элементарная частица, эти теории содержат дополнительные частицы, выходящие за рамки содержания Стандартной модели.
В текущем состоянии теории E 8 невозможно рассчитать массы существующих или предсказанных частиц. Лиси утверждает, что теория молода и неполна, требует лучшего понимания трех поколений фермионов и их масс, и не доверяет ее предсказаниям. Однако открытие новых частиц, которые не вписываются в классификацию Лиси, таких как суперпартнеры или новые фермионы, вышло бы за рамки модели и опровергло бы теорию. По состоянию на 2021 год ни одна из частиц, предсказанных любой версией теории E 8, не была обнаружена.
Перед тем, как написать свою статью 2007 года, Лизи обсуждал свою работу на форуме Института фундаментальных вопросов (FQXi) [7] , на конференции FQXi [8] и для статьи FQXi. [9] Лизи сделал свой первый доклад по теории E 8 на конференции Loops '07 в Морелии , Мексика , [10] вскоре за которым последовал доклад в Институте Периметра . [11] Джон Баэз прокомментировал работу Лизи в своей колонке « Находки этой недели в математической физике», найдя идею интригующей, но закончив предостережением о том, что может быть «неестественно математически использовать этот метод для объединения бозонов и фермионов». [12] Препринт Лизи в arXiv, «Исключительно простая теория всего», появился 6 ноября 2007 года и сразу привлек внимание. Лиси сделал еще одну презентацию для Международного семинара по петлевой квантовой гравитации 13 ноября 2007 года [13] и ответил на вопросы прессы на форуме FQXi. [14] Он представил свою работу на конференции TED 28 февраля 2008 года [15]
Многочисленные новостные сайты сообщили о новой теории в 2007 и 2008 годах, отметив личную историю Лиси и споры в физическом сообществе. Первое освещение в основных и научных СМИ началось со статей в The Daily Telegraph и New Scientist , [16] а вскоре последовали статьи во многих других газетах и журналах.
Статья Лизи вызвала множество реакций и дебатов в различных блогах по физике и онлайн- дискуссионных группах . Первой прокомментировала Сабина Хоссенфельдер , подытожив статью и отметив отсутствие динамического механизма нарушения симметрии. [17] Питер Войт прокомментировал: «Я рад видеть, что кто-то занимается этими идеями, даже если они не нашли решения основных проблем». [18] Групповой блог The n-Category Café организовал некоторые из более технических обсуждений. [19] [20] Математик Бертрам Костант обсудил предысторию работы Лизи в презентации на коллоквиуме в Калифорнийском университете в Риверсайде . [21]
В своем блоге Musings Жак Дистлер предложил одну из самых сильных критических оценок подхода Лизи, заявив, что он продемонстрировал, что, в отличие от Стандартной модели, модель Лизи является нехиральной — состоящей из поколения и анти-поколения — и доказал, что любое альтернативное вложение в E 8 должно быть аналогичным нехиральным. [22] [23] [24] Эти аргументы были изложены в статье, написанной совместно со Скипом Гарибальди, «Внутри E 8 нет „Теории всего“ », [6] опубликованной в Communications in Mathematical Physics . В этой статье Дистлер и Гарибальди предлагают доказательство того, что невозможно встроить все три поколения фермионов в E 8 или получить даже Стандартную модель с одним поколением. В ответ Лизи утверждал, что Дистлер и Гарибальди сделали ненужные предположения о том, как должно происходить вложение. [25] Обращаясь к случаю одного поколения, в июне 2010 года Лиси опубликовал новую статью по теории E 8 , «Явное вложение гравитации и Стандартной модели в E 8 », [26] в конечном итоге опубликованную в трудах конференции , описывающую, как алгебра гравитации и Стандартная модель с одним поколением фермионов встраивается в алгебру Ли E 8 явно с использованием матричных представлений. Когда это вложение выполнено, Лиси соглашается, что существует антигенерация фермионов (также известных как «зеркальные фермионы»), остающихся в E 8 ; но в то время как Дистлер и Гарибальди утверждают, что эти зеркальные фермионы делают теорию нехиральной, Лиси утверждает, что эти зеркальные фермионы могут иметь большие массы, делая теорию хиральной, или что они могут быть связаны с другими поколениями. [25] «Объяснение существования трех поколений фермионов, все с одинаковой очевидной алгебраической структурой, остается во многом загадкой», — писал Лиси. [26]
Некоторые дополнения к оригинальному препринту Лизи были опубликованы в рецензируемых журналах. В статье Ли Смолина «Действие Плебански, расширенное до объединения гравитации и теории Янга–Миллса» предлагается механизм нарушения симметрии для перехода от симметричного действия E 8 к действию Лизи для Стандартной модели и гравитации. [27] В статье Роберто Перкаччи «Смешивание внутренних и пространственно-временных преобразований: некоторые примеры и контрпримеры» [28] рассматривается общая лазейка в теореме Коулмена–Мандулы, которая, как считается, также работает в теории E 8 . [25] В работе Перкаччи и Фабрицио Нести «Хиральность в единых теориях гравитации» подтверждается вложение алгебры гравитационных сил и сил Стандартной модели, действующих на поколение фермионов со спином (3,11) + 64 + , и упоминается, что «амбициозная попытка Лизи объединить все известные поля в единое представление E 8 наткнулась на проблемы хиральности». [29] В совместной статье с Ли Смолином и Симоной Специале, [30] опубликованной в Journal of Physics A , Лизи предложил новый механизм действия и нарушения симметрии.
В 2008 году FQXi выдал Лиси грант на дальнейшее развитие теории E 8. [31]
В сентябре 2010 года журнал Scientific American сообщил о конференции, вдохновленной работой Лиси. [32] Вскоре после этого они опубликовали статью о теории E 8 «Геометрическая теория всего» [2] , написанную Лиси и Джеймсом Оуэном Уэзероллом.
В декабре 2011 года в статье для специального выпуска журнала Foundations of Physics Майкл Дафф выступил против теории Лизи и внимания, которое она получила в популярной прессе. [33] [34] Дафф утверждает, что статья Лизи была неверной, ссылаясь на доказательство Дистлера и Гарибальди, и критикует прессу за то, что она уделила Лизи некритическое внимание просто из-за его имиджа «аутсайдера».
{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )