Smede nye veje inden for partikelfysik

Alt, hvad vi ser omkring os, består af elementarpartikler, materiens byggesten. Vi ved, at protoner og neutroner består af partikler kaldet kvarker, og at elektroner er vigtige byggesten for atomer. Takket være dedikerede fysikers arbejde, vi ved også, at der findes kraftbærende partikler kaldet bosoner, tre af dem er fotoner, gluoner og den nyligt opdagede Higgs boson.

Har vi lært alt, hvad der er at vide om elementarpartikler? Ingen, siger de fleste forskere, der mener, at der stadig er meget at opdage om sådanne partikler og deres interaktioner. På jagt efter disse hemmeligheder, et forskerhold, der blev støttet af det EU-finansierede AMPLITUDES-projekt, vedtog en ny matematisk tilgang kaldet "klynge-algebraer" og fandt lovende resultater til beregning af potentielle processer i partikelkollisioner. Deres resultater offentliggøres i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Introduceret af russisk-amerikanske matematikere Sergey Fomin og Andrei Zelevinsky i begyndelsen af ​​2000'erne, klynge -algebraer er sæt af formler, der er forbundet med hinanden. "Klynge -algebraer er så spændende, fordi de muliggør mange forbindelser mellem matematik og fysik, "bemærkede studieforfatter og forskerholdsleder Prof. Dr. Johannes Henn fra Tysklands Max Planck Institute for Physics i en nyhedsopdatering, der blev offentliggjort på AMPLITUDES-webstedet.

Begrænsning af det uendelige med klynge -algebraer

Da forskerne overførte tidligere resultater fra en legetøjsmodel, eller forenklet teori, til en egentlig kvantefeltteori i deres undersøgelse, de fandt overraskende paralleller. "Vi opdagede, at visse Feynman -integraler, som er vigtige for at beskrive vores verden, kan være forbundet med klynge -algebraer. Vi kan således forenkle beregningen af ​​Feynman -integralerne, "bemærkede professor Henn.

Feynman -integraler er et værktøj, fysikere bruger til at beregne potentielle processer, der opstår i partikelkollisioner, såsom dannelse af partikler eller deres interaktioner. Imidlertid, da antallet af mulige partikelinteraktioner kan vokse enormt, Feynman -integralerne kan blive meget komplicerede. Klynge -algebra løser dette problem ved at begrænse de mulige svar.

Professor Henn og undersøgelsens to andre forfattere - Dmitry Chicherin fra Max Planck Institute for Physics og Georgios Papathanasiou fra DESY Theory Group - fokuserede på kvantekromodynamik, kvantefeltteorien, der beskriver det stærke samspil mellem kvarker og gluoner. De undersøgte firepartikelprocesser, der beskriver fremkomsten af ​​en Higgs-boson og en partikelstråle, der dannes, når to gluoner interagerer. "Det viste sig, at de relevante Feynman -integraler kan karakteriseres af seks polynomer - med andre ord, summer af multipler i deres bevægelsesvariabler, "sagde professor Henn." Med lidt detektivarbejde, vi var i stand til at forbinde disse polynomer med klyngerne i en bestemt klyngealgebra fra legetøjsmodellen. "

Det næste trin i projektet AMPLITUDES (Nye strukturer i spredningsamplituder) vil være at teste, om disse fund kan anvendes på andre partikelkollisionsprocesser udover kvantekromodynamik. Projektet slutter i september 2023.