Бутстрап-модель

Термин « бутстреп-модель » используется для обозначения класса теорий, которые используют очень общие критерии непротиворечивости для определения формы квантовой теории на основе некоторых предположений о спектре частиц. Это форма теории S-матрицы .

Обзор

В 1960-х и 70-х годах постоянно растущий список сильно взаимодействующих частиц — мезонов и барионов — дал физикам понять, что ни одна из этих частиц не является элементарной. Джеффри Чу и другие зашли так далеко, что поставили под сомнение различие между составными и элементарными частицами , выступая за « ядерную демократию », в которой отбрасывалась идея о том, что некоторые частицы более элементарны, чем другие. Вместо этого они стремились получить как можно больше информации о сильном взаимодействии из правдоподобных предположений о S-матрице , которая описывает, что происходит при столкновении частиц любого типа — подход, который отстаивал Вернер Гейзенберг двумя десятилетиями ранее.

Причина, по которой программа имела хоть какую-то надежду на успех, заключалась в пересечении — принципе, согласно которому силы между частицами определяются обменом частицами. Когда известен спектр частиц, известен и закон сил, а это означает, что спектр ограничен связанными состояниями, которые образуются под действием этих сил. Самый простой способ решить условие согласованности — постулировать наличие нескольких элементарных частиц со спином, меньшим или равным единице, и построить рассеяние пертурбативно с помощью теории поля , но этот метод не допускает составных частиц со спином больше 1 и без тогда еще неоткрытое явление удержания , оно наивно противоречит наблюдаемому Редже-поведению адронов .

Чу и его последователи полагали, что можно будет использовать перекрестную симметрию и поведение Редже, чтобы сформулировать непротиворечивую S-матрицу для бесконечного числа типов частиц. Гипотеза Редже будет определять спектр, пересечение и аналитичность будут определять амплитуду рассеяния (силы), а унитарность будет определять самосогласованные квантовые поправки способом, аналогичным включению петель. Единственная полностью успешная реализация программы потребовала еще одного предположения для организации математики унитарности (приближение узкого резонанса). Это означало, что все адроны в первом приближении были стабильными частицами, так что рассеяние и распад можно было рассматривать как возмущение. Это позволило построить бутстрап-модель с бесконечным количеством типов частиц, подобную теории поля: амплитуда рассеяния самого низкого порядка должна демонстрировать поведение Редже, а унитарность будет определять порядок поправок цикла. Вот как построили Габриэле Венециано и многие другие. теория струн , которая остается единственной теорией, построенной на основе общих условий непротиворечивости и мягких предположений о спектре.

Многие в сообществе бутстрапов считали, что теория поля, изобилующая проблемами определения, фундаментально противоречива при высоких энергиях. Некоторые полагали, что существует только одна непротиворечивая теория, которая требует бесконечного числа видов частиц и форму которой можно найти только на основе согласованности. Сегодня известно, что это не так, поскольку существует множество непертурбативно непротиворечивых теорий, каждая из которых имеет свою собственную S-матрицу. Без приближения узкого резонанса программа начальной загрузки не имела четкого параметра расширения, а уравнения согласованности часто были сложными и громоздкими, так что успех метода был ограниченным. Она вышла из моды с появлением квантовой хромодинамики , которая описывала мезоны и барионы в терминах элементарных частиц, называемых кварками и глюонами .

Под бутстрэппингом здесь понимается «подтягивание себя за свои ремни», поскольку предполагалось, что частицы удерживаются вместе силами, состоящими из обмена самими частицами.

В 2017 году журнал Quanta опубликовал статью, в которой утверждалось, что бутстреп позволяет делать новые открытия в области квантовых теорий. Спустя десятилетия после того, как бутстрап, казалось, был забыт, физики открыли новые «методы бутстрепа», которые, по-видимому, решают многие проблемы. Говорят, что бутстреп-подход является «мощным инструментом для понимания более симметричных, совершенных теорий, которые, по мнению экспертов, служат «указателями» или «строительными блоками» в пространстве всех возможных квантовых теорий поля».

См. также

• Туллио Редже
• Стэнли Мандельштам
• Конформный бутстрап

Ссылки

• Г. Чу (1962). S-Матричная теория сильных взаимодействий . Нью-Йорк: WA Бенджамин.
• Д. Кайзер (2002). «Ядерная демократия: политическое участие, педагогическая реформа и физика элементарных частиц в послевоенной Америке». Исида , 93, 229–268.

Дальнейшее чтение

• Волчовер, Натали (9 декабря 2019 г.). «Почему законы физики неизбежны» . Журнал Кванта .