Струна (физика)

В физике струна теории — это физическая сущность, постулируемая в струн и связанных с ней предметах. В отличие от элементарных частиц , которые по определению являются нульмерными или точечными, струны представляют собой одномерные расширенные объекты. Исследователи часто интересуются теориями струн, поскольку теории, в которых фундаментальными объектами являются струны, а не точечные частицы, автоматически обладают многими свойствами, которые некоторые физики ожидают сохранить в фундаментальной теории физики. В частности, теория струн, которые развиваются и взаимодействуют в соответствии с правилами квантовой механики, автоматически описывает квантовую гравитацию . ^{[ нужна ссылка ]}

Обзор

В теории струн струны могут быть открытыми (образуя сегмент с двумя концами) или замкнутыми (образуя петлю, подобную кругу) и могут обладать другими особыми свойствами. ^[1] До 1995 года было известно пять версий теории струн, включающих идею суперсимметрии (эти пять известны как теории суперструн ) и две версии без суперсимметрии, известные как теории бозонных струн , которые различались типом струн и другими аспектами. Сегодня считается, что эти разные теории суперструн возникают как разные предельные случаи одной теории, называемой М-теорией .

В струнных теориях физики элементарных частиц струны очень крошечные; намного меньше, чем можно наблюдать в современных ускорителях частиц. Характерный масштаб длины струн обычно порядка планковской длины , около 10 ⁻³⁵ что эффекты квантовой гравитации метр — масштаб, в котором считается, становятся значительными. Поэтому на гораздо больших масштабах длины, таких как масштабы, видимые в физических лабораториях, такие объекты будут выглядеть как нульмерные точечные частицы. Струны способны вибрировать как гармонические осцилляторы , а разные колебательные состояния одной и той же струны интерпретируются как разные типы частиц. В теориях струн струны, колеблющиеся на разных частотах, составляют множество фундаментальных частиц, обнаруженных в современной Стандартной модели физики элементарных частиц. Струны также иногда изучаются в ядерной физике , где они используются для моделирования трубок магнитного потока .

По мере того как струна распространяется в пространстве-времени , она выметает двумерную поверхность, называемую ее мировым листом . Это аналогично одномерной мировой линии, очерчиваемой точечной частицей. Физика струны описывается посредством двумерной конформной теории поля, связанной с мировым листом. Формализм двумерной конформной теории поля также имеет множество приложений за пределами теории струн, например, в физике конденсированного состояния и некоторых разделах чистой математики .

Типы строк

Закрытые и открытые струны

Строки могут быть как открытыми, так и закрытыми. — Замкнутая строка строка, не имеющая концов и, следовательно, топологически эквивалентная окружности это . имеет С другой стороны, открытая строка две конечные точки и топологически эквивалентна отрезку строки. Не все теории струн содержат открытые струны, но каждая теория должна содержать закрытые струны, поскольку взаимодействие между открытыми струнами всегда может привести к образованию закрытых струн.

Старейшей теорией суперструн, содержащей открытые струны, была теория струн типа I. Однако развитие теории струн в 1990-х годах показало, что открытые струны всегда следует рассматривать как заканчивающиеся новой физической степенью свободы, называемой D-бранами , и спектр возможностей открытых струн значительно расширился.

Открытые и закрытые струны обычно связаны с характерными модами колебаний. Одну из мод колебаний замкнутой струны можно назвать гравитоном . В некоторых теориях струн вибрация открытой струны с самой низкой энергией является тахионной и может подвергаться тахионной конденсации . Другие моды колебаний открытых струн проявляют свойства фотонов и глюонов .

Ориентация

Строки также могут иметь ориентацию , которую можно рассматривать как внутреннюю «стрелку», отличающую строку от строки с противоположной ориентацией. Напротив, на неориентированной струне такой стрелки нет.

См. также

Ссылки

^ Полчински, Джозеф Джерард (2004). Теория струн. Том. 1: Введение в бозонную струну / Джозеф Полчински (Переиздание). Кембридж: Кембриджский университет. Нажимать. ISBN 978-0521633031 .

Шварц, Джон (2000). «Введение в теорию суперструн» . Проверено 12 декабря 2005 г.
"Домашняя страница струнных инструментов NOVA"

[polchinski1-1] Полчински, Джозеф Джерард (2004). Теория струн. Том. 1: Введение в бозонную струну / Джозеф Полчински (Переиздание). Кембридж: Кембриджский университет. Нажимать. ISBN 978-0521633031 .

[1]

v т и Теория струн
Background	Strings Cosmic strings History of string theory First superstring revolution Second superstring revolution String theory landscape
Theory	Nambu–Goto action Polyakov action Bosonic string theory Superstring theory Type I string Type II string Type IIA string Type IIB string Heterotic string N=2 superstring F-theory String field theory Matrix string theory Non-critical string theory Non-linear sigma model Tachyon condensation RNS formalism GS formalism
String duality	T-duality S-duality U-duality Montonen–Olive duality
Particles and fields	Graviton Dilaton Tachyon Ramond–Ramond field Kalb–Ramond field Magnetic monopole Dual graviton Dual photon
Branes	D-brane NS5-brane M2-brane M5-brane S-brane Black brane Black holes Black string Brane cosmology Quiver diagram Hanany–Witten transition
Conformal field theory	Virasoro algebra Mirror symmetry Conformal anomaly Conformal algebra Superconformal algebra Vertex operator algebra Loop algebra Kac–Moody algebra Wess–Zumino–Witten model
Gauge theory	Anomalies Instantons Chern–Simons form Bogomol'nyi–Prasad–Sommerfield bound Exceptional Lie groups (G₂, F₄, E₆, E₇, E₈) ADE classification Dirac string p-form electrodynamics
Geometry	Worldsheet Kaluza–Klein theory Compactification Why 10 dimensions? Kähler manifold Ricci-flat manifold Calabi–Yau manifold Hyperkähler manifold K3 surface G₂ manifold Spin(7)-manifold Generalized complex manifold Orbifold Conifold Orientifold Moduli space Hořava–Witten theory K-theory (physics) Twisted K-theory
Supersymmetry	Supergravity Superspace Lie superalgebra Lie supergroup
Holography	Holographic principle AdS/CFT correspondence
M-theory	Matrix theory Introduction to M-theory
String theorists	Aganagić Arkani-Hamed Atiyah Banks Berenstein Bousso Curtright Dijkgraaf Distler Douglas Duff Dvali Ferrara Fischler Friedan Gates Gliozzi Gopakumar Green Greene Gross Gubser Gukov Guth Hanson Harvey 't Hooft Hořava Gibbons Kachru Kaku Kallosh Kaluza Kapustin Klebanov Knizhnik Kontsevich Klein Linde Maldacena Mandelstam Marolf Martinec Minwalla Moore Motl Mukhi Myers Nanopoulos Năstase Nekrasov Neveu Nielsen van Nieuwenhuizen Novikov Olive Ooguri Ovrut Polchinski Polyakov Rajaraman Ramond Randall Randjbar-Daemi Roček Rohm Sagnotti Scherk Schwarz Seiberg Sen Shenker Siegel Silverstein Sơn Staudacher Steinhardt Strominger Sundrum Susskind Townsend Trivedi Turok Vafa Veneziano Verlinde Verlinde Wess Witten Yau Yoneya Zamolodchikov Zamolodchikov Zaslow Zumino Zwiebach