Jakten på exakta resultat för materiens allra minsta byggstenar
Lösningen på det så kallade ”inneslutningsproblemet” är en slags helig graal för partikelfysiker. Målet med Joseph Minahans forskningsprojekt är att hitta exakta resultat inom gaugeteorin och strängteorin som kan leda till en ökad förståelse av kvantteorin i allmänhet. Och att komma några steg närmare en lösning på den gäckande inneslutningsproblematiken. Projektet har just beviljats 34 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
Foto: Linda Koffmar
Inneslutningsproblemet är det kanske viktigaste olösta problemet i teoretisk högenergifysik. Det finns till och med ett särskilt pris för den som lyckas presentera en lösning.
I naturen kan de kvarkar och gluoner som är beståndsdelarna i protoner och neutroner inte skiljas från varandra. Istället hålls de ”inneslutna” av den starka kraften i en färgneutral partikel. Detta skiljer sig från elektromagnetismen, där motsatt laddade partiklar kan bindas till varandra, men också separeras om man tillför tillräckligt mycket energi.
Den starka kraften och den elektromagnetiska kraften styrs båda av sådana kvantfältsteorier som kallas gaugeteorier. För elektromagnetism är fotonen bäraren av kraften medan den starka kraften förmedlas av gluoner. Det som skiljer dessa två teorier är att fotonen inte själv har en elektrisk laddning medan gluoner är laddade under den starka kraften.
Joseph Minahan och hans kollega Konstantin Zarembo tror att en möjlig väg att lösa inneslutningsproblemet kan vara att anta förekomsten av en extra symmetri, så kallad supersymmetri, där varje partikel introducerar en superpartner med samma massa och laddning. Sådan symmetri har aldrig påvisats i naturen men studier av sådana teorier kan ändå leda till viktiga insikter för förståelsen av de gaugeteorier (utan supersymmetri) som kan observeras i naturen.
– Om vi kan göra tillräckliga framsteg kan vi få en bättre förståelse av gaugeteorier i allmänhet, vilket kanske också kan leda oss till bevis för inneslutning, säger Joseph Minahan.
Tillsammans med Konstantin Zarembo publicerade han år 2003 nya resultat gällande en särskild gaugeteori som ledde till ett stort genombrott för forskningsfältet. Denna framgång ledde fram till en ny global forskningsinriktning inom teoretisk fysik och etablerade Sverige som en viktig forskningsnation inom fältet. Nu sysselsätter detta nya forskningsfält flera hundra forskare över hela världen.
Linda Koffmar