Введение

Класс теорий в физике

Термин «бутстрап-модель» используется для обозначения класса теорий, которые применяют весьма общие критерии непротиворечивости для определения структуры квантовой теории, исходя из некоторых предположений о спектре частиц. Это разновидность S-матричной теории.

Обзор

В 1960-х и 1970-х годах постоянно растущий список сильно взаимодействующих частиц — мезонов и барионов — дал понять физикам, что ни одна из этих частиц не является элементарной. Джеффри Чу и другие зашли так далеко, что поставили под сомнение различие между составными и элементарными частицами, выступая за "ядерную демократию", в которой была отброшена идея о том, что некоторые частицы более фундаментальны, чем другие. Вместо этого они стремились извлечь как можно больше информации о сильном взаимодействии из правдоподобных предположений о S-матрице, описывающей, что происходит при столкновении частиц любого типа, подход, предложенный Вернером Гейзенбергом два десятилетия назад. Причина, по которой программа имела хоть какую-то надежду на успех, заключалась в принципе перекрестных связей (crossing), согласно которому силы между частицами определяются обменом частицами. Как только спектр частиц известен, известны и законы силы, а значит, спектр ограничивается связанными состояниями, формирующимися под действием этих сил. Самый простой способ решить условие согласованности — постулировать несколько элементарных частиц со спином, не превышающим единицу, и строить рассеяние возмущательно в рамках теории поля. Однако этот метод не допускает существования составных частиц со спином больше 1, а без тогда еще не открытого феномена конфайнмента (удержания) он наивно противоречит наблюдаемому регге-поведению адронов. Чу и его последователи полагали, что можно использовать симметрию перекрестных связей и регге-поведение для построения согласованной S-матрицы для бесконечного числа типов частиц. Гипотеза Редже должна была определить спектр, симметрия перекрестных связей и аналитичность — амплитуду рассеяния (силы), а унитарность — самосогласованные квантовые поправки аналогично включению петель. Единственная полностью успешная реализация программы потребовала дополнительного предположения для организации математики унитарности (приближение узкого резонанса). Это означало, что все адроны в первом приближении являются стабильными частицами, так что рассеяние и распад можно рассматривать как возмущение. Это позволило построить бутстрап-модель с бесконечным числом типов частиц, подобную теории поля, где амплитуда рассеяния низшего порядка должна демонстрировать регге-поведение, а унитарность определяет петлевые поправки порядок за порядком. Так Габриэле Венециано и многие другие построили теорию струн, которая остается единственной теорией, построенной на основе общих условий согласованности и умеренных предположений о спектре. Многие в бутстрап-сообществе считали, что теория поля, страдающая от проблем с определением, принципиально непоследовательна при высоких энергиях. Некоторые полагали, что существует только одна согласованная теория, требующая бесконечного числа видов частиц, форму которой можно найти исключительно на основе согласованности. В настоящее время известно, что это не так, поскольку существует множество теорий, непротиворечиво согласованных, каждая со своей собственной S-матрицей. Без приближения узкого резонанса программа бутстрапа не имела четкого параметра разложения, а уравнения согласованности часто были сложными и громоздкими, что ограничивало успех метода. Она потеряла популярность с развитием квантовой хромодинамики, которая описывает мезоны и барионы в терминах элементарных частиц, называемых кварками и глюонами. Бутстрап здесь относится к метафоре "вытащить себя за шнурки", поскольку предполагалось, что частицы удерживаются вместе силами, состоящими из обмена самими частицами. В 2017 году журнал Quanta Magazine опубликовал статью, в которой говорилось, что бутстрап может привести к новым открытиям в области квантовых теорий. Спустя десятилетия после того, как бутстрап, казалось, был забыт, физики обнаружили новые "бутстрап-методы", которые, по-видимому, решают многие проблемы. Бутстрап-подход считается "мощным инструментом для понимания более симметричных и совершенных теорий, которые, по мнению экспертов, служат "указателями" или "строительными блоками" в пространстве всех возможных квантовых теорий поля".