تناظر Z4: اقترح العلماء طريقة جديدة لتفسير عدم تناسق الباريون في الكون

لماذا نحن موجودون؟ ليس بالمعنى الفلسفي، ولكن بالمعنى المادي الأكثر حرفية: خلال الانفجار الكبير، كان من المفترض أن تولد المادة والمادة المضادة على قدم المساواة، وكان ينبغي عليهما أن يبيدا ويتركا وراءهما فقط بحرًا من الفوتونات – كون فارغ تمامًا بدون نجوم وكواكب وأشخاص. ومع ذلك فنحن موجودون. وهذا يعني أن الطبيعة لعبت دوراً غير أمين في مكان ما: فقد أعطت الأفضلية للمادة على المادة المضادة. تسمى هذه الحقيقة بعدم تناسق الباريون، وحتى الآن لم تتمكن أي نظرية من تفسيرها من المبادئ الأولى. إن النظرية الشبكية للجاذبية هي محاولة لوصف الزمكان ليس كسلسلة متصلة مستمرة، ولكن كشبكة منفصلة، ​​نوع من الشبكة البلورية. تعود الفكرة، التي اقترحها الفيزيائي الإيطالي توليو ريج في عام 1961، إلى الحدس القائل بأنه عند مقياس بلانك (في حدود 10⁻³⁵ متر)، يجب أن يكون للفضاء نفسه بنية “محببة”. يطور سيرجي فيرجيليس من MIPT في أعماله العلمية نسخة محددة من هذه النظرية، حيث يعمل نوعان من الكائنات كمتغيرات ديناميكية: عناصر هولونومي (تناظرية للاتصال الميداني) ورباعيات تربط الهندسة المحلية لكل “قطعة” من الفضاء بالبنية العالمية. في هذه المرحلة المنفصلة، ​​تتكشف حقول ديراك – وهي كائنات رياضية تصف الفرميونات، وبالتالي تشمل الكواركات والإلكترونات، اللبنات الأساسية للعالم المادي. تصور الجاذبية الكمومية: يمكن أن يكون للزمكان عند مقاييس بلانك بنية “محببة” منفصلة. في نظرية شبكة فيرجيليس، تم وصف هذا الهيكل رياضيًا بشكل صارم، مما يجعل من الممكن تحليل التحولات الطورية عند درجات الحرارة القصوى. / © Rost-9D / Getty Images تمكن الفيزيائي من اكتشاف تناظر Z4 العالمي في عمل هذه النظرية. Z4 عبارة عن مجموعة من أربعة عناصر تصف تناظر ربع دورة: تطبيقه أربع مرات يعني العودة إلى الحالة الأصلية. يعمل تحويل Z4 على حقول ديراك، حيث يخلط الجسيمات والجسيمات المضادة. عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية، لا ينكسر التماثل Z4، ويختفي الفرق بين الجسيم والجسيم المضاد بالمعنى الرياضي. تم نشر العمل في مجلة JETP Letters. هذا يذكرنا بالوضع مع المغناطيسية. فوق نقطة كوري، يفقد المغناطيس مغنطته: جميع اتجاهات الدوران متساوية، ولا ينكسر التماثل. تحت نقطة كوري، ينكسر التناظر تلقائيًا – وتختار الدورات اتجاهًا واحدًا. ومن خلال هذا التشبيه، عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية في بداية الكون، لم ينكسر التناظر Z4. أثناء التبريد، ينكسر التماثل: أولاً للمجموعة الفرعية Z2 (مرحلة متوسطة مع فرق مستعاد جزئيًا)، وبعد ذلك، في مرحلة درجة الحرارة المنخفضة، ينكسر التماثل Z2 – “يولد” الزمكان في شكله المعتاد، وتكتسب المادة ميزة على المادة المضادة. أظهر فيرجيليس كل هذا في عمله رياضيًا بدقة. عدم التماثل الباريوني في الكون: عند الانفجار الكبير، كانت المادة والمادة المضادة موجودتين بكميات غير متساوية، مما أدى إلى هيمنة المادة. توفر آلية كسر التناظر Z4 التي اقترحها فيرجيليس طريقة جديدة لشرح هذه الملاحظة من المبادئ الأولى لنظرية الجاذبية. وقد أثبت العمل السابق لفيرجيليس وحدة النظرية الشبكية للجاذبية في زمكان مينكوفسكي، وهي خاصية لا يستطيع معظم المرشحين لنظرية الكم للجاذبية إثباتها. وهذا يعطي بناء فيرجيليس وضعًا نظريًا جديًا: فالاستنتاجات حول تناظر Z4 تنطبق على نظرية صحيحة رياضيًا، وليس على نموذج لعبة جميل المظهر. إن تحويل Z4 المقدم هو “الجذر” لتحويل PT الذي سبق أن درسه المؤلف – وهو تماثل منفصل للتماثل المشترك للانعكاس المكاني وانعكاس الوقت. وهكذا، تم دمج العمل الحالي في برنامج بحثي كامل: بدءًا من بناء نظرية شعرية للجاذبية – من خلال إثبات وحدتها – إلى فهم التحولات الطورية عند درجات حرارة بلانك وعواقبها الكونية. سيرجي فيرجيليس، أستاذ مشارك في قسم الفيزياء النظرية. L. D. Landau MIPT، باحث أول في معهد الفيزياء النظرية الذي سمي على اسمه. لانداو RAS أوضح أهمية النتيجة التي تم الحصول عليها: “الفرق بين الجسيم والجسيم المضاد، الذي نعتبره أمرا مفروغا منه، هو ببساطة غائب في إطار المرحلة المتماثلة Z4 للكون المبكر. وهذا ليس استعارة: رياضيا، يتم وصف كل من Ψ و Ψ† من خلال نفس مجموعات المجالات الفعالة. عندما يتم كسر التماثل أثناء التبريد، “تولد” الجسيمات، وعندها يتم تحديد مسألة أي منها سيكون أكثر. آمل أن توفر هذه الآلية دليلاً لواحد من أقدم الألغاز في علم الكونيات.” يتضمن برنامج البحث الإضافي تحليلاً مفصلاً لآلية كسر التماثل والتقديرات الكمية لحجم عدم تناسق الباريون، والذي يجب أن يتزامن مع القيمة المرصودة – حوالي باريون واحد لكل مليار فوتون. إذا أمكن الحصول على مثل هذه المصادفة من المبادئ الأولى للنظرية الشبكية للجاذبية، فسيكون ذلك أحد أكبر النتائج في الفيزياء النظرية في العقود الأخيرة.