Gravitationskraftens djupa väv

Projekttitel: Gravitationskraftens djupa väv
Huvudsökande: Marco Chiodaroli, teoretisk fysik
Beviljade medel: 4 150 000 SEK för perioden 2025-2028

Alltsedan Rutherfords upptäckter har spridningsexperiment spelat en avgörande roll för att avslöja naturens grundläggande byggstenar och principer. För att tolka datan från dessa experiment behöver fysiker beräkna sannolikheten för att inkommande partiklar med givna initialvärden producerar ett visst sluttillstånd. Sådan sannolikhet uttrycks med hjälp av matematiska storheter som kallas för spridningsamplituder.

Medan forskare har utvecklat effektiva verktyg för att beräkna spridningsamplituder för de teorier som beskriver modern högenergifysik, som allmänt benämns gaugeteorier, har det nyligen blivit uppenbart att amplituder för gravitationsteorin även präglas av en fascinerande enkelhet som länge har varit dold från inblick. Den banbrytande insikten bakom dessa resultat är den så kallade dubbelkopiametoden, som matematiskt uttrycker amplituder för gravitationsteorier med hjälp av enklare byggstenar från gaugeteorin, och som jag varit drivande att utveckla med min tidigare forskning.

Det föreslagna projektet syftar till att generalisera dubbelkopiametoden till olika effektiva gravitationsteorier som används för att beskriva viktiga fysikaliska system. Detta inkluderar teorier som används inom kosmologi samt teorier som beskriver hur svarta hål växelverkar i ett bundet system. En viktig del av projektet består av att tillämpa dubbelkopian till beräkningar i de Sitter-rummet, som approximerar vårt universum kort efter Big Bang.

På en grundläggande nivå kommer projektet att besvara frågan om det är möjligt att finna enklare beskrivningar av gravitationsprocesser. Dubbelkopiametoden kommer att utvecklas till ett övergripande ramverk som avslöjar nya samband mellan olika teorier, och därmed uppenbarar gravitationskraftens ”djupa väv”. Genom samarbete med tre medverkande forskare kommer jag att tillämpa både insikterna från projektet och nya metoder för att besvara viktiga frågor som rör alltifrån vårt universums tidiga utveckling till gravitationsvågor från svarta hål.