چگونگی فروکاست و شکافش نظریه‌ میدان‌های کوانتوم مشخص شد

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از ساینس دیلی، یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی با هدایت مارکوس اسپرلینگ پژوهشگر دانشکده فیزیک دانشگاه وین با رسیدن به نتایجی نوآورانه در فیزیک کوانتوم موجب شور و هیجان در جامعه علمی شده است.

این محققان در مطالعه جدید خود اقدام به تفسیر مجددی از سازکار «هیگز» (Higgs) کرده‌اند که با استفاده از مفهوم ارتعاشات مغناطیسی به ذرات اولیه جرم می‌دهد و موجب انتقال مرحله یا فاز (phase transition) می‌شود. گزارشی از این دستاورد در نشریه مرور فیزیکی انتشار یافته است.

پایه و اساس تحقیقات مارکوس اسپرلینگ که در مرز تلاقی فیزیک و ریاضیات قرار دارد، فرضیه میدان کوانتوم (QFT) است که یک مفهوم فیزیکی -ریاضیاتی در فیزیک کوانتوم و تمرکز آن بر توصیف ذرات و تراکنش‌های آنها در سطح زیراتمی است.

او از سال ۲۰۱۸ در کنار همکارانش مفهوم موسوم به ارتعاشات مغناطیسی (magnetic quivers) را ایجاد کرده که یک ابزار گرافیکی است و همه اطلاعات مورد نیاز برای تعریف یک فرضیه میدان کوانتوم را خلاصه‌سازی می‌کند. وی به این ترتیب تراکنش‌های پیچیده بین ذرات یا سایر کمیت‌های فیزیکی را به روشنی به نمایش می‌گذارد.

یک ارتعاش (quiver)‌ از پیکان‌ها (فلش‌ها) و منحنی‌های جهت‌دار تشکیل یافته است. فلش‌ها بیانگر میدان‌های کوانتوم (میدان‌های ماده) هستند در حالی که منحنی‌ها بیانگر تراکنش‌های مثلا قوی، ضعیف یا الکترومغناطیسی- بین میدان‌ها هستند. جهت فلش‌ها نشان دهنده چگونگی شارژ الکتریکی میدان‌ها هستند.

مارکوس اسپرلینگ توضیح می‌دهد کلمه «مغناطیسی» هم در اینجا به طور استعاری به کار می‌رود تا به خصوصیات غیرمنتظره کوانتوم اشاره داشته باشد.

همانطور که چرخش یک الکترون از طریق میدان مغناطیسی قابل شناسایی می‌شود، ارتعاشات مغناطیسی هم برخی خصوصیات یا ساختارهای خاص در فرضیه‌های میدان کوانتوم (QFTs ) را آشکار می‌کنند و به این شکل یک راه عملی برای تجسم و تحلیل پدیده‌های پیچیده کوانتومی ارائه می‌دهند.

این گروه تحقیقاتی با محاسباتی بر اساس جبر خطی نشان داد که یک ارتعاش مغناطیسی همانند رادیواکتیویته در هسته اتم می تواند با فروکاست (decay) به یک وضعیت پایدارتر برسد یا با شکاف به دو ارتعاش مجزا تبدیل شود. این تغییرات یک فهم جدید از سازکار «هیگز» در نظریه‌های میدان کوانتوم ارائه می‌دهند.

نتایج به دست آمده از طریق روش‌های الهام گرفته از فیزیک نه تنها در حوزه فیزیک تناسب دارند؛ بلکه با تحقیقات ریاضیات هم ارتباط پیدا می‌کنند و پیشرفتی مهم در حوزه ریاضیات به شمار می‌روند.