これらの不可解なルールが発見されると、素粒子物理学者は、従来のアプローチで達成できるよりもはるかに高いレベルの精度で散乱振幅を計算することができます。 再構成により、Dixon と彼の共同研究者は、一見無関係に見える 2 つの散乱振幅の間に隠された関係を発見することもできました。
対蹠地の地図
二元性の中心にあるのは「対蹠地図」です。 ジオメトリでは、対蹠マップは球上の点を取り、座標を反転して、球の中心を通って反対側の点にまっすぐ送ります。 これは、チリから中国まで穴を掘ることに数学的に相当します。
散乱振幅では、ディクソンが見つけた対蹠地マップはもう少し抽象的です。 振幅の計算に使用される文字の順序を逆にします。 2 つのグルオンが 4 になる散乱振幅のすべての項にこの対蹠マップを適用すると、(変数を単純に変更した後) 2 つのグルオンが 1 つのグルオンと 1 つのヒッグスになる振幅が得られます。
ディクソンの DNA アナロジーでは、二重性は、遺伝子配列を逆方向に読んで、元の配列によってコードされたものとは無関係のまったく新しいタンパク質をコードしていることに気付くようなものです。
「私たちは皆、対蹠地図は役に立たないと確信していました。 物理的な意味がないように見えたり、何か意味のあることをしたりするようには見えませんでした」と彼は言いました. マット・フォン・ヒッペル、コペンハーゲンのニールス ボーア研究所の振幅専門家で、この研究には関与していませんでした。 「そして今、それを使ったまったく説明のつかない二重性があり、それはかなりワイルドです。」
私たちの世界ではない
ここで、大きな疑問が 2 つあります。 まず、二元性はなぜ存在するのか？ そして第二に、現実の世界でも同様の関係が保たれるでしょうか?
私たちの世界を構成する既知の 17 の素粒子は、 素粒子物理学の標準モデル. 標準モデルによると、原子核をくっつける質量のない粒子である 2 つのグルオンは、互いに簡単に相互作用してその数が 2 倍になり、4 つのグルオンになります。 ただし、1 つのグルオンと 1 つのヒッグス粒子を生成するには、衝突するグルオンが最初にクォークと反クォークに変化する必要があります。 これらは、グルオンの相互相互作用を支配する力とは異なる力を介して、グルオンとヒッグスに変換されます。
これらの 2 つの散乱プロセスは非常に異なっており、一方は標準モデルのまったく異なるセクターに関与しているため、それらの間の二重性は非常に驚くべきことです。
しかし、対蹠双対性は、ディクソンと彼の同僚が研究していた素粒子物理学の単純化されたモデルにおいてさえ予想外です。 彼らのおもちゃのモデルは、散乱振幅のより正確な計算を可能にする追加の対称性を持つ架空のグルオンを管理します。 二重性は、これらのグルオンが関与する散乱プロセスと、別の理論によって説明される粒子との外部相互作用を必要とするプロセスを結び付けます。
ディクソンは、二元性がどこから来るのかについて非常に希薄な手がかりを持っていると考えています。
Volovich と彼女の同僚によって発見された、散乱振幅で許可される単語の組み合わせを決定する不可解な規則を思い出してください。 いくつかの規則は、2 グルオン対グルオン + ヒッグス振幅でどの文字が隣り合って現れるかを恣意的に制限しているようです。 しかし、それらのルールを二元性の反対側にマッピングすると、それらは一連の 確立されたルール 因果関係を保証する — 入ってくる粒子間の相互作用が、出て行く粒子が現れる前に起こることを保証します。
ディクソンにとって、これは 2 つの振幅間のより深い物理的接続の小さなヒントであり、標準モデルでも同様のことが成り立つと考える理由です。 「しかし、それはかなり弱いです」と彼は言いました。 「それは中古情報のようなものです。」
異なる物理現象間の他の二重性は、すでに発見されています。 たとえば、重力のない理論上の世界と重力のある世界の双対である AdS-CFT 対応は、1997 年の発見以来、何千もの研究論文を刺激してきました。 しかし、この二重性も、実際の宇宙とは異なり、幾何学が歪んだ重力の世界にしか存在しません。 それでも、多くの物理学者にとって、私たちの世界に複数の双対性がほぼ成り立っているという事実は、これらの驚くべきつながりが明らかになる包括的な理論構造の表面を引っ掻いている可能性があることを示唆しています. 「それらはすべて物語の一部だと思います」とディクソンは言いました。
オリジナルストーリー の許可を得て転載 クォンタマガジン、 の編集上独立した出版物 シモンズ財団 その使命は、数学、物理科学、生命科学の研究開発と傾向をカバーすることにより、科学に対する一般の理解を高めることです。