Jump to content

Супергравитация

В теоретической физике супергравитация ( теория супергравитации ; СУГРА сокращенно ) — современная теория поля , сочетающая в себе принципы суперсимметрии и общей теории относительности ; это контрастирует с негравитационными суперсимметричными теориями, такими как минимальная суперсимметричная стандартная модель . Супергравитация — это калибровочная теория локальной суперсимметрии. Поскольку генераторы суперсимметрии (SUSY) образуют вместе с Пуанкаре супералгебру алгеброй , называемую супералгеброй Пуанкаре , суперсимметрия как калибровочная теория заставляет гравитацию возникать естественным путем. [1]

Гравитоны [ править ]

Как и все ковариантные подходы к квантовой гравитации, [2] Супергравитация содержит поле со спином 2, квантом которого является гравитон . Суперсимметрия требует, чтобы у гравитонного поля был суперпартнер . Это поле имеет спин 3/2 и его квант — гравитино . Число полей гравитино равно числу суперсимметрий.

История [ править ]

суперсимметрия Калибровочная

Первая теория локальной суперсимметрии была предложена Диком Арновиттом и Праном Натхом в 1975 году. [3] и получила название калибровочной суперсимметрии .

Супергравитация [ править ]

Первая модель 4-мерной супергравитации (без этого обозначения) была сформулирована Дмитрием Васильевичем Волковым и Вячеславом Сорокой в ​​1973 году. [4] подчеркивая важность спонтанного нарушения суперсимметрии для возможности создания реалистичной модели. Минимальная версия 4-мерной супергравитации (с ненарушенной локальной суперсимметрией) была детально построена в 1976 году Дэном Фридманом , Серджио Феррарой и Питером ван Ньювенхейзеном . [5] все трое были удостоены специальной премии за прорыв в области фундаментальной физики . В 2019 году за это открытие [6] Ключевой вопрос о том, является ли поле со спином 3/2 последовательно связанным или нет, был решен в почти одновременной статье Дезера и Зумино . [7] который независимо предложил минимальную 4-мерную модель. Она была быстро обобщена на множество различных теорий с разным числом измерений и с использованием дополнительных (N) суперсимметрий. Теории супергравитации с N>1 обычно называют расширенной супергравитацией (SUEGRA). Было показано, что некоторые теории супергравитации связаны с определенными теориями супергравитации более высоких измерений посредством уменьшения размерностей (например, N = 1, 11-мерная супергравитация уменьшается по размерности на T 7 до 4-мерной некалиброванной супергравитации N = 8). Полученные теории иногда называли теориями Калуцы-Клейна , поскольку Калуца ​​и Кляйн построили в 1919 году 5-мерную гравитационную теорию, в которой при уменьшении размеров на круге ее 4-мерные немассивные моды описывают электромагнетизм, связанный с гравитацией .

мСУГРА [ править ]

mSUGRA означает минимальную СУПЕРГРАТИВНОСТЬ. Построение реалистичной модели взаимодействия частиц в рамках супергравитации N = 1, где суперсимметрия (SUSY) нарушается с помощью механизма суперхиггса, осуществленное Али Чамседином , Ричардом Арновиттом и Праном Натхом в 1982 году. Все вместе теперь известно как теории Великого объединения минимальной супергравитации. (mSUGRA GUT), гравитация опосредует нарушение SUSY посредством существования скрытого сектора . mSUGRA естественным образом генерирует условия нарушения мягкой SUSY, которые являются следствием эффекта Супер Хиггса. радиационное нарушение электрослабой симметрии посредством уравнений ренормгруппы Непосредственным следствием этого является (RGE). Из-за своей предсказательной способности, требующей всего четырех входных параметров и знака для определения феноменологии низкой энергии в масштабе Великого Объединения, ее интерес представляет широко исследуемая модель физики элементарных частиц.

11D: максимальная СУГРА [ править ]

Одна из этих супергравитаций, 11-мерная теория, вызвала значительный ажиотаж как первый потенциальный кандидат на теорию всего . Это волнение было построено на четырех столпах, два из которых сейчас в значительной степени дискредитированы:

Наконец, первые два результата, казалось, устанавливали по 11 измерений, третий результат, по-видимому, уточнял теорию, а последний результат объяснял, почему наблюдаемая Вселенная кажется четырехмерной.

Многие детали теории были конкретизированы Питером ван Ньювенхейзеном , Серджио Феррарой и Дэниелом З. Фридманом .

Конец эпохи СУГРЫ [ править ]

Первоначальный ажиотаж по поводу 11-мерной супергравитации вскоре утих, поскольку были обнаружены различные недостатки, а попытки починить модель также потерпели неудачу. Проблемы включали: [ нужна ссылка ]

  • Компактные многообразия, которые были известны в то время и содержали стандартную модель, не были совместимы с суперсимметрией и не могли содержать кварки или лептоны . Одно из предложений заключалось в том, чтобы заменить компактные размеры 7-сферой с группой симметрии SO(8) или сжатой 7-сферой с группой симметрии SO(5) умноженной на SU(2) .
  • До недавнего времени считалось, что физические нейтрино, наблюдаемые в экспериментах, не имеют массы и являются левосторонними — явление, называемое киральностью Стандартной модели. Было очень сложно построить киральный фермион из компактификации — компактифицированное многообразие должно было иметь особенности, но физика вблизи особенностей не стала пониматься до появления орбифолдных конформных теорий поля в конце 1980-х годов.
  • Модели супергравитации обычно приводят к нереально большой космологической постоянной в четырех измерениях, и эту константу трудно удалить, и поэтому требуется тонкая настройка . Это проблема и сегодня.
  • Квантование теории привело к калибровочным аномалиям квантовой теории поля, что сделало теорию несогласованной. За прошедшие годы физики научились устранять эти аномалии.

Некоторых из этих трудностей можно было бы избежать, перейдя к 10-мерной теории, включающей суперструны . Однако, переходя к 10-мерности, теряется ощущение единственности 11-мерной теории. [12]

Ключевым прорывом в 10-мерной теории, известным как первая суперструнная революция , стала демонстрация Майклом Б. Грином , Джоном Х. Шварцем и Дэвидом Гроссом того, что существуют только три модели супергравитации в 10 измерениях, которые обладают калибровочной симметрией и в которых все калибровочные и гравитационные аномалии компенсируются. Это были теории, построенные на группах SO(32) и , прямое произведение двух копий E 8 . Сегодня мы знаем, что, используя D-браны , калибровочные симметрии можно ввести и в другие 10-мерные теории. например, [13]

Вторая суперструнная революция [ править ]

Первоначальный ажиотаж по поводу 10-мерных теорий и теорий струн, обеспечивающих их квантовое завершение, утих к концу 1980-х годов. было слишком много, Калаби-Яу чтобы их можно было компактировать, гораздо больше, чем Яу предполагал , как он признал в декабре 2005 года на 23-й Международной Сольвеевской конференции по физике . Ни один из них не соответствовал стандартной модели, но казалось, что, приложив достаточно усилий, можно было приблизиться к ней разными способами. Плюс никто не понимал эту теорию за пределами режима применимости теории струнных возмущений .

В начале 1990-х годов был сравнительно спокойный период; однако было разработано несколько важных инструментов. Например, стало очевидно, что различные теории суперструн связаны между собой « струнной дуальностью », некоторые из которых связывают физику слабой связи струн (пертурбативную) в одной модели с сильной связью струн (непертурбативной) в другой.

Затем произошла вторая суперструнная революция . Джозеф Полчински понял, что малоизвестные объекты теории струн, называемые D-бранами , которые он открыл шестью годами ранее, соответствуют струнным версиям p-бран, известных в теориях супергравитации. Пертурбации теории струн не ограничивали эти p-браны . Благодаря суперсимметрии p-браны в супергравитации получили понимание, выходящее далеко за пределы теории струн.

Вооружившись этим новым непертурбативным инструментом, Эдвард Виттен и многие другие смогли показать все пертурбативные теории струн как описания различных состояний в единой теории, которую Виттен назвал М-теорией . теории М-теории Более того, он утверждал, что предел длинноволновой , то есть когда квантовая длина волны, связанная с объектами в теории, оказывается намного больше, чем размер 11-го измерения, требует 11-мерных дескрипторов супергравитации, которые вышли из моды с первой суперструнной революцией. 10 лет назад, в сопровождении 2- и 5-бран.

Таким образом, супергравитация проходит полный круг и использует общую структуру для понимания особенностей теорий струн, М-теории и их компактификаций для уменьшения измерений пространства-времени.

Связь с суперстроками [ править ]

Термин «низкие энергетические пределы» обозначает некоторые теории 10-мерной супергравитации. Они возникают как безмассовая древесная аппроксимация теорий струн. Истинно эффективные теории поля или теории струн, а не усечения, доступны редко. Из-за струнной дуальности предполагаемая 11-мерная М-теория должна иметь 11-мерную супергравитацию как «низкий энергетический предел». Однако это не обязательно означает, что теория струн/М-теория является единственным возможным УФ-дополнением супергравитации; [ нужна ссылка ] Исследование супергравитации полезно независимо от этих отношений.

4D N = 1 СУГРА [ править ]

Прежде чем мы перейдем к собственно СУГРЕ, давайте резюмируем некоторые важные детали общей теории относительности. У нас есть 4D-дифференцируемое многообразие M с главным расслоением Spin(3,1) над ним. Это главное расслоение представляет собой локальную симметрию Лоренца. Кроме того, у нас есть векторное расслоение T над многообразием, слой которого имеет четыре вещественных измерения и преобразуется как вектор под действием Spin(3,1).Имеем обратимое линейное отображение касательного расслоения TM [ который? ] к Т. Эта карта — vierbein . С локальной симметрией Лоренца связана калибровочная связь спиновая связь .

Следующее обсуждение будет проводиться в нотации суперпространства, в отличие от нотации компонента, которая не является явно ковариантной относительно SUSY. На самом деле существует много разных версий SUGRA, которые неэквивалентны в том смысле, что их действия и ограничения на тензор кручения различны, но в конечном итоге эквивалентны в том смысле, что мы всегда можем выполнить переопределение поля суперфербейнов и спиновой связи, чтобы получить из одного версию на другую.

В 4D N=1 SUGRA мы имеем 4|4 вещественное дифференцируемое супермногообразие M, т.е. у нас есть 4 реальных бозонных измерения и 4 реальных фермионных измерения. Как и в несуперсимметричном случае, мы имеем главное расслоение Spin(3,1) над M. Мы имеем R 4|4 векторное расслоение T над M. Слой T преобразуется под действием локальной группы Лоренца следующим образом; четыре действительных бозонных измерения преобразуются в вектор, а четыре действительных фермионных измерения преобразуются в майорановский спинор . Этот майорановский спинор может быть перевыражен как комплексный левый спинор Вейля и его комплексно-сопряженный правый спинор Вейля (они не независимы друг от друга). У нас также есть спиновое соединение, как и раньше.

Мы будем использовать следующие соглашения; пространственные (как бозонные, так и фермионные) индексы будут обозначаться M, N, ... . Бозонные пространственные индексы будут обозначаться через μ, ν, ..., левые пространственные индексы Вейля через α, β,..., а правые пространственные индексы Вейля через , , ... . Индексы слоя T будут иметь аналогичные обозначения, за исключением того, что они будут обозначены следующим образом: . см . в обозначениях Ван дер Вардена . Более подробную информацию . Supervierbein обозначается , а спиновая связь . Обратный обозначается supervierbein .

Супербейн и спиновая связь реальны в том смысле, что они удовлетворяют условиям реальности.

где , , и и .

Ковариантная производная определяется как

.

Ковариантная внешняя производная , определенная на супермногообразиях, должна быть суперградуированной. Это означает, что каждый раз, когда мы меняем местами два фермионных индекса, мы получаем коэффициент знака +1 вместо -1.

Наличие или отсутствие R-симметрии не является обязательным, но если R-симметрия существует, подынтегральное выражение в полном суперпространстве должно иметь R-заряд, равное 0, а подынтегральное выражение в киральном суперпространстве должно иметь R-заряд, равное 2.

Киральное суперполе X — это суперполе, которое удовлетворяет условиям . Чтобы это ограничение было непротиворечивым, нам потребуются условия интегрируемости, которые для некоторых коэффициентов c .

В отличие от неСУСИ ОТО, кручение должно быть отличным от нуля, по крайней мере, относительно фермионных направлений. Уже даже в плоском суперпространстве .В одной версии SUGRA (но, конечно, не единственной) у нас есть следующие ограничения на тензор кручения:

Здесь, — это сокращенное обозначение, означающее, что индекс пробегает либо левый, либо правый спинор Вейля.

Супердетерминант supervierbein , , дает нам объемный коэффициент для M. Эквивалентно, мы имеем объем 4|4-суперформы .

Если мы комплексифицируем супердиффеоморфизмы, то существует калибровка, в которой , и . Полученное киральное суперпространство имеет координаты x и Θ.

R — скалярнозначное киральное суперполе, получаемое из суперобъектов и спиновой связи. Если f — любое суперполе, всегда является киральным суперполем.

Действие теории SUGRA с киральными суперполями X определяется выражением

где K - потенциал Кэлера , а W - суперпотенциал , и – хиральный объемный фактор.

В отличие от случая с плоским суперпространством, добавление константы либо к Кэлеру, либо к суперпотенциалу теперь является физическим. Постоянный сдвиг к потенциалу Кэлера изменяет эффективную постоянную Планка , а постоянный сдвиг к суперпотенциалу изменяет эффективную космологическую постоянную . Поскольку эффективная константа Планка теперь зависит от значения кирального суперполя X , нам необходимо изменить масштаб суперфербейнов (переопределение поля), чтобы получить постоянную константу Планка. Это называется рамкой Эйнштейна .

N 8 супергравитация в измерениях 4 =

Супергравитация с N = 8 — наиболее симметричная квантовая теория поля, в которой участвуют гравитация и конечное число полей. Его можно найти из размерного уменьшения 11D супергравитации, обратив размер 7 измерений к нулю. Он имеет 8 суперсимметрий, что является максимальным количеством, которое может иметь любая теория гравитации, поскольку между спином 2 и спином −2 существует 8 полушагов. (Гравитон имеет самый высокий спин в этой теории, то есть является частицей со спином 2.) Больше суперсимметрии означало бы, что у частиц будут суперпартнеры со спином выше 2. Единственные теории со спином выше 2, которые являются непротиворечивыми, включают бесконечное число частиц. (например, теория струн и теории более высокого спина). Стивен Хокинг в своей «Краткой истории времени» предположил, что эта теория может быть Теорией всего . Однако в последующие годы от этого отказались в пользу теории струн. В 21 веке возобновился интерес к возможности того, что эта теория может быть конечной.

СУГРА более высокого измерения [ править ]

Многомерная SUGRA — это многомерное суперсимметричное обобщение общей теории относительности. Супергравитация может быть сформулирована в любом количестве измерений, вплоть до одиннадцати. SUGRA более высокого измерения фокусируется на супергравитации в более чем четырех измерениях.

Количество суперзарядов в спиноре зависит от размерности и характеристики пространства-времени. Сверхзаряды возникают в спинорах. Таким образом, ограничение на количество суперзарядов не может быть удовлетворено в пространстве-времени произвольной размерности. Некоторые теоретические примеры, в которых это выполняется:

  • 12-мерная двувременная теория
  • 11-мерная максимальная СУГРА
  • 10-мерные теории СУГРЫ
    • Сахар типа IIA: N = (1, 1)
    • IIA СУГРА из 11-й СУГРЫ
    • Тип IIB SUGRA: N = (2, 0)
    • Тип I калиброванный SUGRA: N = (1, 0)
  • 9d теории СУГРЫ
    • Максимальная 9д СУГРА из 10д
    • Т-двойственность
    • N = 1 калиброванный сахар

Теории супергравитации, вызвавшие наибольший интерес, не содержат спинов выше двух. Это означает, в частности, что они не содержат полей, преобразующихся при преобразованиях Лоренца как симметричные тензоры ранга выше двух. Однако в настоящее время непротиворечивость взаимодействующих теорий поля с более высокими спинами представляет собой область очень активного интереса.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ван Ньювенхейзен, П. (1981). «Супергравитация». Отчеты по физике . 68 (4): 189–398. Стартовый код : 1981ФР....68..189В . дои : 10.1016/0370-1573(81)90157-5 .
  2. ^ Ровелли, Карло (2000). «Заметки к краткой истории квантовой гравитации». arXiv : gr-qc/0006061 .
  3. ^ Нат, П.; Арновитт, Р. (1975). «Обобщенная суперкалибровочная симметрия как новая основа для унифицированных калибровочных теорий». Буквы по физике Б. 56 (2): 177. Бибкод : 1975PhLB...56..177N . дои : 10.1016/0370-2693(75)90297-х .
  4. ^ Волков Д.В.; Сорока, Вирджиния (1973). «Эффект Хиггса для частиц Голдстоуна со спином 1/2». Письма ЖЭТФ . 16 (11): 438–440. Бибкод : 1973JETPL..18..312В . дои : 10.1007/BFb0105271 .
  5. ^ Фридман, ДЗ; ван Ньювенхейзен, П.; Феррара, С. (1976). «Прогресс к теории супергравитации». Физический обзор D . 13 (12): 3214–3218. Бибкод : 1976PhRvD..13.3214F . дои : 10.1103/physrevd.13.3214 .
  6. ^ «Ученые, занимающиеся супергравитацией, разделили премию США за прорыв в размере 3 миллионов долларов» . Новости ЦБК .
  7. ^ Дезер, С.; Зумино, Б. (1976). «Постоянная супергравитация» . Буквы по физике Б. 62 (3): 335–337. Бибкод : 1976PhLB...62..335D . дои : 10.1016/0370-2693(76)90089-7 .
  8. ^ Нам, Вернер (1978). «Суперсимметрии и их представления» . Ядерная физика Б . 135 (1): 149–166. Бибкод : 1978НуФБ.135..149Н . дои : 10.1016/0550-3213(78)90218-3 .
  9. ^ Виттен, Эд (1981). «Поиск реалистичной теории Калуцы-Клейна». Ядерная физика Б . 186 (3): 412–428. Бибкод : 1981NuPhB.186..412W . дои : 10.1016/0550-3213(81)90021-3 .
  10. ^ Э. Креммер, Б. Джулия и Дж. Шерк, «Теория супергравитации в одиннадцати измерениях», Physics Letters B76 (1978)стр. 409-412,
  11. ^ Питер Г.О. Фрейнд; Марк А. Рубин (1980). «Динамика размерного уменьшения». Буквы по физике Б. 97 (2): 233–235. Бибкод : 1980PhLB...97..233F . дои : 10.1016/0370-2693(80)90590-0 .
  12. ^ Дафф, MJ (1998). «Путеводитель по М-теории для непрофессионалов». arXiv : hep-th/9805177 .
  13. ^ Блюменхаген, Р.; Цветич, М. ; Лангакер, П.; Шиу, Г. (2005). «На пути к реалистичным моделям пересекающихся D-бран» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 55 (1): 71–139. arXiv : hep-th/0502005 . Бибкод : 2005ARNPS..55...71B . дои : 10.1146/annurev.nucl.55.090704.151541 . S2CID   15148429 .

Библиография [ править ]

Исторический [ править ]

Общие [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Далл'Агата Г., Загерманн М., Супергравитация: от первых принципов к современным применениям , Springer, (2021). ISBN   978-3662639788
  • Фридман Д.З., Ван Пройен А., Супергравитация , Издательство Кембриджского университета, Кембридж (2012). ISBN   978-0521194013
  • Лаурия, Э., Ван Пройен, А., Супергравитация N = 2 в измерениях D = 4, 5, 6 , Спрингер, (2020). ISBN   978-3030337551
  • Нат П., Суперсимметрия, супергравитация и объединение , издательство Кембриджского университета, Кембридж (2016). ISBN   978-0521197021
  • Тании Ю., Введение в супергравитацию , Springer, (2014). ISBN   978-4431548270
  • Рауш де Траубенберг, М., Валенсуэла, М., Учебник по супергравитации , World Scientific Press, Сингапур, (2019). ISBN   978-9811210518
  • Весс П., Введение в суперсимметрию и супергравитацию , World Scientific Press, Сингапур (1990). ISBN   978-9810200985
  • Весс П., Бэггер Дж. Суперсимметрия и супергравитация , Издательство Принстонского университета, Принстон (1992). ISBN   978-0691025308

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c217e8e6d775c075e164005fb004e533__1718382900
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c2/33/c217e8e6d775c075e164005fb004e533.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Supergravity - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)