隱藏維度之間的扭曲或許能解釋質(zhì)量

基本粒子如Z和W的質(zhì)量玻色子一篇新的理論論文證明，這可能源自隱藏維度的扭曲幾何。

這項(xiàng)工作提出了一種繞過(guò)希格斯場(chǎng)作為粒子質(zhì)量的來(lái)源，為理解希格斯場(chǎng)本身可能的形成提供了新工具，同時(shí)也可能是解決標(biāo)準(zhǔn)模型粒子物理學(xué)的。

“在我們的照片里，”理論物理學(xué)家理查德·平查克說(shuō)斯洛伐克科學(xué)院的觀點(diǎn)是，“物質(zhì)源自幾何本身的抵抗，而非外部場(chǎng)?！?/p>

相關(guān)報(bào)道：希格斯玻色子可能并不是通往新物理的門戶

該希格斯場(chǎng)該理論最早于20世紀(jì)60年代提出，用以解釋為何基本粒子具有質(zhì)量——這是一個(gè)阻礙構(gòu)建一致模型粒子物理學(xué)的。部分得益于希格斯場(chǎng)，物理學(xué)家得以構(gòu)建我們今天依賴的標(biāo)準(zhǔn)模型。

事情是這樣的。想象宇宙充滿了看不見的黏稠物。任何在宇宙中運(yùn)動(dòng)的粒子也會(huì)穿過(guò)這種黏稠物，每個(gè)粒子與其相互作用的方式略有不同。

與黏液強(qiáng)烈相互作用的粒子表現(xiàn)為“沉重”，比如W玻色子和Z玻色子.幾乎不相互作用的粒子是“光”，比如電子.光子根本不與它相互作用。這種相互作用被稱為希格斯機(jī)制，它非常清楚地解釋了粒子質(zhì)量。

我們知道希格斯場(chǎng)是真實(shí)存在的，因?yàn)樗牧孔硬y，希格斯玻色子，最終非常自信地發(fā)現(xiàn)2012年大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。然而，這并不意味著希格斯機(jī)制就是全部。

例如，我們?nèi)匀徊恢老８袼箞?chǎng)為何具有這些性質(zhì)。希格斯解也無(wú)法解釋暗物質(zhì)，或者暗能量或者說(shuō)，希格斯場(chǎng)為何存在。

我們?cè)谀程庍z漏了一些信息——平查克和他的同事們認(rèn)為，根據(jù)他們對(duì)一個(gè)稱為G₂流形.

流形是一種數(shù)學(xué)空間——一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，指任何可以有曲線、褶皺或扭曲的“形狀”。物理學(xué)家常用流形來(lái)描述時(shí)空的幾何，或者說(shuō)隱藏的額外維度在以下理論中提出弦理論.

這些空間的方向可以比日常生活中熟悉的上下、左右、前后更多的方向。有些流形需要完整的七個(gè)獨(dú)立方向。具有特定七維結(jié)構(gòu)且以非常緊密約束的方式排列的流形稱為G2流形。

研究人員開發(fā)了一個(gè)新的方程，稱為G。₂-Ricci流這使得他們能夠模擬G的表現(xiàn)₂流形隨時(shí)間變化。

“就像有機(jī)系統(tǒng)中，比如DNA的扭曲或氨基酸的慣性，這些超維結(jié)構(gòu)可以具有扭轉(zhuǎn)，這是一種內(nèi)在的扭曲。”平查克解釋.

“當(dāng)我們讓它們隨時(shí)間進(jìn)化時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它們可以穩(wěn)定地形成稱為孤子的結(jié)構(gòu)。這些孤子可以為諸如自發(fā)對(duì)稱性破缺等現(xiàn)象提供純粹的幾何解釋?！?/p>

一個(gè)孤子就像一個(gè)單一的、自我維持的波浪，可以永遠(yuǎn)保持形狀。研究人員發(fā)現(xiàn)他們的G。₂流形松弛成了這樣一個(gè)穩(wěn)定的構(gòu)型——而這種構(gòu)型具有一種扭轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)，會(huì)印刻在W和Z玻色子上，產(chǎn)生與希格斯機(jī)制完全相同的質(zhì)量產(chǎn)生效應(yīng)。

結(jié)果還初步表明，宇宙的加速膨脹可能與G型扭轉(zhuǎn)所施加的曲率有關(guān)₂多重傳遞。如果這個(gè)扭轉(zhuǎn)表現(xiàn)為場(chǎng)，它應(yīng)該會(huì)顯現(xiàn)粒子，就像希格斯場(chǎng)產(chǎn)生希格斯一樣玻色子.

研究人員將這個(gè)假想粒子命名為托石，并描述了這種粒子應(yīng)有的行為。

如果它存在，托斯通可能在粒子對(duì)撞機(jī)異常中被探測(cè)到，或者在宇宙微波背景，甚至引力波故障。其存在尚未被證實(shí)，但如果扭力場(chǎng)存在，我們現(xiàn)在知道從哪里開始尋找。

這確實(shí)是相當(dāng)瘋狂和令人興奮的東西，但希格斯場(chǎng)在當(dāng)時(shí)也是如此——而且它確實(shí)取得了將近50年證明。希望我們不必等那么久就能得到關(guān)于可能G的答案₂但到目前為止，這種方法有望為一些迫切問(wèn)題提供解決方案。

“大自然往往偏好簡(jiǎn)單的解決方案，”平查克說(shuō).

“也許W和Z玻色子的質(zhì)量并非來(lái)自著名的希格斯場(chǎng)，而是直接來(lái)自七維空間的幾何?！?/p>

該研究已發(fā)表于核物理B.

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