Gaugeteori och holografi

Projekttitel: Gaugeteori och holografi
Huvudsökande: Joseph Minahan, avdelningen för teoretisk fysik
Beviljade medel: 3 120 000 SEK för perioden 2021-2024

Naturen består av partiklar och krafterna som binder dem samman eller tvingar dem isär. Det finns fyra kända krafter i naturen, den elektromagnetiska kraften, den svaga kraften, den starka kraften och gravitationen. De tre första är kända som gaugeteorier. Av dessa tre är de första två del av en större enhetlig kraft som kallas elektrosvaga teorin och är den som vi förstår bäst. Anledningen till detta är att kraften är relativt svag och man kan behandla teorin som om det i allmänhet finns fria partiklar som avböjs då och då av krafterna. Man säger att teorin är svagt kopplad.

Den starka kraften är svårare att analysera eftersom de metoder som används för elektrosvagkraften missar några av dess fenomen på grund av dess starka interaktioner. Till exempel har den starka kraften en egenskap som kallas inneslutning som förhindrar kvarkarna från att skiljas från varandra. Detta innebär i princip att den teorin är mycket långt ifrån att vara en fri teori där partiklarna inte interagerar med varandra och detta gör det mycket svårt att analysera deras beteende. Man säger att teorin är starkt kopplad.

En effektiv strategi för att hantera starkt kopplade teorier är att studera teorier som delar vissa av de kvalitativa egenskaperna men även har några extra symmetrier. Ett sätt att förenkla teorin är att lägga till en symmetri som kallas supersymmetri. I en teori med supersymmetri, har varje partikel en partner som kallas en superpartner med samma massa, laddning, färg m.m. Partiklarna som bär den starka kraften kallas gluoner och deras superpartners kallas gluinoer. Det är också möjligt att göra supersymmetri ännu större genom att ha fyra uppsättningar gluinosuperpartners för gluoner. Emellertid har denna mest supersymmetriska teorin endast gluoner och deras superpartners. Denna teori har inga kvarkar och antikvarkar. Ett annat sätt att förenkla gaugeteorin är att anta att antalet färger är mycket stort. Den starka kraften har bara tre färger, men för vissa fall är detta tillräckligt stort.

När en gaugeteori har ett stort antal färger uppför den sig som en strängteori. Mer exakt visar det sig att den mest supersymmetriska versionen motsvarar en viss strängteori i tiodimensionell krökt rymdtid. Detta är anmärkningsvärt eftersom strängteorin är en teori om gravitation medan gaugeteorin inte är det. Vi säger att de två teorierna har en dualitet med varandra. Detta projekt kommer att studera andra exempel på dualiteter mellan gaugeteorier och strängteorier. Vi hoppas att detta kommer att leda till ytterligare förståelse för gaugeteorier och strängteorier.