Forskare vid University of Southampton och Korea Institute for Advanced Study har nyligen visat att supersymmetri är avvikande i N=1 superkonforma kvantfältsteorier (SCFT) med en anomal R-symmetri. Den anomali som beskrivs i deras tidning, publicerad i Fysiska granskningsbrev , har tidigare observerats i holografiska SCFTs vid stark koppling, ändå bekräftar deras arbete att det redan finns i de enklaste gratis STFC:erna.

"Supersymmetri är en symmetri som relaterar partiklar med heltals- och halvheltalsspinn, och har spelat en central roll i många framsteg inom teoretisk fysik sedan upptäckten, "Kostas Skenderis, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Det har använts som ett sätt att förstå beteendet hos starkt interagerande kvantsystem där våra vanliga teoretiska verktyg (perturbationsteori) inte är tillämpliga, såväl som i några av huvudkandidaterna för fysik utanför standardmodellen."

Supersymmetri ligger till grund för den matematiska konsistensen av strängteorin, som är den mest kompletta teorin om kvantgravitation som föreslagits hittills. En kvantanomali, som den som observerats av forskarna, är i huvudsak misslyckandet av en symmetri att bevara på en kvantnivå. Dessa avvikelser finns vanligtvis i två typer:"dåliga", som gör strängteori matematiskt inkonsekventa och "friska" sådana, som fångar viktiga kvantegenskaper hos teorin.

"Möjligheten till avvikelser i supersymmetri diskuterades i slutet av 70- till början av 90 -talet, men i tidigare fall, teorier som hade en supersymmetri -anomali antingen hade ofysiska egenskaper eller var "sjuka, ' eftersom de orsakades av andra "dåliga" kvantanomalier, ", sa Skenderis. "Det var därför en stor överraskning när en av oss upptäckte en ny supersymmetriavvikelse för två år sedan, denna gång i en "hälsosam" teori."

Den tidigare studien utförd av Ioannis Papadimitriou, en av Skenderis kollegor, inspirerade forskarna att ytterligare utforska supersymmetriavvikelser i SCFT. I sitt tidigare arbete, Papadimitriou hämtade inspiration från tidigare studier som använde olika tekniker för att beräkna samma fysiska observerbara och fick motstridiga resultat. Den anomali som visades i hans arbete förklarade i slutändan de inkonsekvenser som observerats i tidigare studier.

"Huvudmålet för vår senaste PRL -artikel var att fastställa förekomsten av den nya anomalin med samma metoder som ledde till upptäckten av kvantanomalier för 50 år sedan i ett enkelt exempel på en konsekvent N =1 superkonformal fältteori i fyra dimensioner, "Förklarade Papadimitriou. "Förekomsten av den nya supersymmetrianomali för varje konsekvent N=1 superkonform teori i fyra dimensioner demonstrerades i tidigare arbete och visades därefter existera i en mycket mer allmän klass av teorier som inte nödvändigtvis är klassiskt konformt invarianta i ."

I deras studie, Papadimitriou, Skenderis, och deras kollegor Georgios Katsianis och Marika Taylor använde samma metoder som användes för att upptäcka kvantanomalier i slutet av 60-talet. De beräknade en viss kvant observerbar (fyrpunkts funktion av symmetri strömmar), som ska vara noll om det inte finns någon anomali. Intressant, dock, de fann att det var icke-noll.

"Denna beräkning gjordes med hjälp av den enklaste möjliga teorin (faktiskt den första fyrdimensionella supersymmetriska modellen) och detta visade att avvikelsen redan förekommer i modeller som utvecklats för länge sedan, "Skenderis sa. "Den främsta nyheten här var att det kvantoberbara vi beräknade var annorlunda än de observerbara som undersökts i tidigare arbeten om supersymmetriska anomalier."

Den allmänna formen av supersymmetri-anomali som demonstrerats av forskarna presenterades först i en tidigare studie av Papadimitriou som använde de så kallade Wess-Zumino-konsistensvillkoren. Dessa villkor är en uppsättning ekvationer som måste hålla för att kvantanomalier ska vara matematiskt konsekventa.

"Vår viktigaste observation var att en mycket bred klass av supersymmetriska kvantfältteorier i fyra dimensioner har en viss typ av supersymmetrianomali, "Skenderis sa." Denna anomali har potentiella konsekvenser för ett stort antal teoretiska modeller för utöver standardmodellens fysik, varav flera sannolikt kommer att vara matematiskt inkonsekventa på kvantnivå till följd av den nya supersymmetri -anomalin. "

Förutom dess teoretiska konsekvenser, den avvikelse som observerats av Skenderis, Papadimitriou och deras kollegor kan spela en nyckelroll i den mikroskopiska förståelsen av särskilda svarta hål som uppstår inom strängteorin. I sista hand, en bättre förståelse av anomalier inom strängteorin skulle kunna ge ett mycket icke-trivialt test av den matematiska konsistensen av själva teorin. I deras framtida arbete, forskarna planerar alltså att undersöka dessa avvikelser ytterligare.

"Ytterligare generalisering av supersymmetrianomali till antingen lägre eller högre dimensionsteorier är ett nödvändigt steg för att till fullo utforska konsekvenserna av sådana anomalier i olika sammanhang, " sade Papadimitriou. "Dessutom, Att identifiera olika men likvärdiga formuleringar av supersymmetrianomali är också till hjälp för att bättre förstå konsekvenserna av anomali, både för bortom standardmodellfysiken och för supersymmetriska svarta hål. Det här är några av de forskningsinriktningar som några av oss för närvarande följer. "

© 2019 Science X Network