Введение
Гипотетическая физическая сущность – квантовые струны, фундаментальные степени свободы в теории струн. В физике струна – это физическая сущность, постулируемая в теории струн и связанных с ней областях. В отличие от элементарных частиц, которые по определению являются нулевыми или точечными, струны представляют собой одномерные протяженные объекты. Исследователи часто проявляют интерес к теориям струн, поскольку теории, в которых фундаментальными сущностями являются струны, а не точечные частицы, автоматически обладают многими свойствами, которые некоторые физики ожидают увидеть в фундаментальной теории физики. В частности, теория струн, эволюционирующих и взаимодействующих в соответствии с правилами квантовой механики, автоматически описывает квантовую гравитацию.
In physics, a string is a physical entity postulated in string theory and related subjects. Unlike elementary particles, which are zero dimensional or point like by definition, strings are one dimensional extended entities. Researchers often have an interest in string theories because theories in which the fundamental entities are strings rather than point particles automatically have many properties that some physicists expect to hold in a fundamental theory of physics. Most notably, a theory of strings that evolve and interact according to the rules of quantum mechanics will automatically describe quantum gravity.
Обзор
В теории струн струны могут быть открытыми (образуя сегмент с двумя конечными точками) или замкнутыми (образуя петлю, подобную окружности) и могут обладать другими специальными свойствами. До 1995 года было известно пять версий теории струн, включающих идею суперсимметрии (эти пять известны как теории суперструн), и две версии без суперсимметрии, известные как теории бозонных струн, которые различались типом струн и другими аспектами. Сегодня считается, что эти различные теории суперструн возникают как различные предельные случаи единой теории, называемой М-теорией. В теориях струн, используемых в физике частиц, струны чрезвычайно малы; намного меньше, чем можно наблюдать в современных ускорителях частиц. Характерный масштаб длины струн обычно составляет порядок длины Планка, около 10−35 метра – масштаб, при котором, как полагают, начинают проявляться эффекты квантовой гравитации. Следовательно, на гораздо больших масштабах длины, таких как те, что наблюдаются в физических лабораториях, эти объекты будут казаться точечными частицами нулевого размера. Струны способны колебаться как гармонические осцилляторы, и различные колебательные состояния одной и той же струны интерпретируются как различные типы частиц. В теориях струн струны, колеблющиеся с разными частотами, составляют множество фундаментальных частиц, обнаруженных в современной Стандартной модели физики частиц. Струнные взаимодействия также иногда изучаются в ядерной физике, где они используются для моделирования флюкстубов. При распространении струны в пространстве-времени она описывает двумерную поверхность, называемую мировой поверхностью. Это аналогично одномерной мировой линии, описываемой точечной частицей. Физика струны описывается с помощью двухмерной конформной теории поля, связанной с мировой поверхностью. Формализм двухмерной конформной теории поля также имеет множество применений за пределами теории струн, например, в физике конденсированного состояния и в некоторых разделах чистой математики.
Закрытые и открытые струны
Струны могут быть открытыми или замкнутыми. Замкнутая струна – это струна, не имеющая конечных точек и, следовательно, топологически эквивалентная окружности. Открытая струна, напротив, имеет две конечные точки и топологически эквивалентна отрезку прямой. Не все теории струн содержат открытые струны, но каждая теория должна содержать замкнутые струны, поскольку взаимодействия между открытыми струнами всегда могут приводить к образованию замкнутых струн. Старейшая теория суперструн, содержащая открытые струны, – это теория струн I типа. Однако развитие теории струн в 1990-х годах показало, что открытые струны следует рассматривать как заканчивающиеся на новой физической степени свободы, называемой D-бранами, и спектр возможностей для открытых струн значительно расширился. Открытые и замкнутые струны обычно связаны с характерными колебательными модами. Одна из колебательных мод замкнутой струны может быть отождествлена с гравитоном. В некоторых теориях струн колебание с наименьшей энергией открытой струны является тахионом и может подвергаться тахионной конденсации. Другие колебательные моды открытых струн проявляют свойства фотонов и глюонов.
Ориентация
Струны также могут обладать ориентацией, которую можно представить как внутренний "вектор", отличающий струну от струны с противоположной ориентацией. В отличие от этого, неориентированная струна – это струна, не имеющая такого вектора.