Model Bootstrapowy

Termin „ model bootstrapowy ” jest używany w odniesieniu do klasy teorii, które wykorzystują bardzo ogólne kryteria spójności w celu określenia formy teorii kwantowej na podstawie pewnych założeń dotyczących widma cząstek. Jest to forma teorii S-macierzy .

Przegląd

W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych stale rosnąca lista silnie oddziałujących cząstek – mezonów i barionów – wyjaśniła fizykom, że żadna z tych cząstek nie jest elementarna. Geoffrey Chew i inni posunęli się nawet do zakwestionowania rozróżnienia między cząstkami złożonymi i elementarnymi , opowiadając się za „ demokracją nuklearną ”, w której odrzucono pogląd, że niektóre cząstki są bardziej elementarne niż inne. Zamiast tego starali się uzyskać jak najwięcej informacji na temat oddziaływań silnych na podstawie wiarygodnych założeń dotyczących macierzy S , która opisuje, co dzieje się, gdy zderzają się wszelkiego rodzaju cząstki. Podejście to zalecał Werner Heisenberg dwie dekady wcześniej.

Powodem, dla którego program miał jakąkolwiek nadzieję na powodzenie, było skrzyżowanie , zasada, zgodnie z którą siły między cząstkami są określane przez wymianę cząstek. Gdy znane jest widmo cząstek, znane jest prawo siłowe, co oznacza, że ​​widmo jest ograniczone do stanów związanych, które powstają w wyniku działania tych sił. Najprostszym sposobem rozwiązania warunku konsystencji jest założenie kilku cząstek elementarnych o spinie mniejszym lub równym jeden i skonstruowanie perturbacyjnego rozpraszania za pomocą teorii pola , ale ta metoda nie pozwala na cząstki złożone o spinie większym niż 1 i bez wówczas nieodkryte zjawisko uwięzienia , jest naiwnie sprzeczne z obserwowanym zachowaniem hadronów w stylu Regge'a .

Chew i zwolennicy wierzyli, że możliwe byłoby wykorzystanie symetrii krzyżowej i zachowania Regge'a do sformułowania spójnej macierzy S dla nieskończenie wielu typów cząstek. Hipoteza Regge'a określałaby widmo, skrzyżowanie i analityczność określałyby amplitudę rozpraszania (siły), podczas gdy unitarność określałaby samospójne poprawki kwantowe w sposób analogiczny do włączania pętli. Jedyna w pełni udana realizacja programu wymagała kolejnego założenia porządkującego matematykę unitarności (wąskie przybliżenie rezonansowe). Oznaczało to, że wszystkie hadrony były stabilnymi cząstkami w pierwszym przybliżeniu, więc rozpraszanie i rozpady można było traktować jako zaburzenie. Pozwoliło to na skonstruowanie modelu ładowania początkowego z nieskończenie wieloma typami cząstek, jak teoria pola - amplituda rozpraszania najniższego rzędu powinna pokazywać zachowanie Regge'a, a unitarność określałaby kolejność poprawek pętli. W ten sposób Gabriele Veneziano i wielu innych skonstruowało teorię strun , która pozostaje jedyną teorią zbudowaną z ogólnych warunków spójności i łagodnych założeń dotyczących widma.

Wielu członków społeczności bootstrapowej uważało, że teoria pola, która była nękana problemami z definicją, była zasadniczo niespójna przy wysokich energiach. Niektórzy wierzyli, że istnieje tylko jedna spójna teoria, która wymaga nieskończenie wielu rodzajów cząstek i której formę można znaleźć tylko na podstawie spójności. Obecnie wiadomo, że to nieprawda, ponieważ istnieje wiele teorii, które są nieperturbacyjnie spójne, a każda z nich ma własną macierz S. Bez przybliżenia z wąskim rezonansem program ładowania początkowego nie miał wyraźnego parametru rozszerzania, a równania spójności były często skomplikowane i nieporęczne, więc metoda miała ograniczony sukces. Wypadło to z łask wraz z rozwojem chromodynamiki kwantowej , która opisywała mezony i bariony w kategoriach cząstek elementarnych zwanych kwarkami i gluonami .

Bootstrapping odnosi się tutaj do „podciągania się za własne buty”, ponieważ przypuszczano, że cząstki są utrzymywane razem przez siły polegające na wymianie samych cząstek.

W 2017 roku Quanta Magazine opublikował artykuł, w którym mówiono, że bootstrap umożliwia nowe odkrycia w dziedzinie teorii kwantowych. Dziesięciolecia po tym, jak wydawało się, że bootstrap został zapomniany, fizycy odkryli nowe „techniki bootstrap”, które wydają się rozwiązywać wiele problemów. Mówi się, że podejście bootstrap jest „potężnym narzędziem do zrozumienia bardziej symetrycznych, doskonałych teorii, które według ekspertów służą jako„ drogowskazy ”lub„ cegiełki ”w przestrzeni wszystkich możliwych kwantowych teorii pola”.

Zobacz też

• Tullio Regge
• Stanleya Mandelstama
• Bootstrap konformalny

Notatki

• G. Chew (1962). Teoria S-Matrix oddziaływań silnych . Nowy Jork: WA Benjamin.
• D. Kaiser (2002). „Demokracja jądrowa: zaangażowanie polityczne, reforma pedagogiczna i fizyka cząstek elementarnych w powojennej Ameryce”. Izyda , 93, 229-268.

Dalsza lektura

• Wolchover, Natalie (9 grudnia 2019). „Dlaczego prawa fizyki są nieuniknione” . Magazyn Quanta .