Квантовая гравитация стала ближе: учёные встроили гравитационное поле в симметрии Стандартной модели

Учёные из Университета Аалто совершили значительный прорыв в физике, представив новую квантовую теорию гравитации. Публикация описывает теорию, совместимую со Стандартной моделью физики элементарных частиц. Это приближает научное сообщество к долгожданной унифицированной теории, объединяющей гравитацию с электромагнетизмом и сильным и слабым ядерными взаимодействиями – задаче, над которой бились поколения физиков.

Ключевым моментом стало описание гравитации в рамках калибровочной теории – подхода, где частицы взаимодействуют через поля. Как объясняют авторы работы, Микко Партанен и Юкка Тулки, аналогично тому, как заряженные частицы взаимодействуют через электромагнитное поле, частицы с энергией взаимодействуют через гравитационное поле. Достижение учёных заключается в создании калибровочной теории гравитации, обладающей симметрией, схожей с симметриями Стандартной модели, в отличие от принципиально иной симметрии пространства-времени в общей теории относительности.

Это преодолевает фундаментальное противоречие между квантовой теорией поля, описывающей мир элементарных частиц, и общей теорией относительности Эйнштейна, описывающей гравитацию на макроскопическом уровне. Обе теории подтверждены экспериментально с высокой точностью, но несовместимы друг с другом. Новая теория необходима для понимания явлений в условиях сильных гравитационных полей и высоких энергий, таких как окрестности чёрных дыр и ранняя Вселенная, где существующие теории перестают работать.

Партанен и Тулки отмечают, что их работа пока что не полностью завершена. Теория использует процедуру перенормировки для устранения бесконечностей в расчётах. Пока показана работоспособность для так называемых «членов первого порядка», и предстоит доказать её эффективность для членов высших порядков. Несмотря на это, учёные уверены в успехе и опубликовали свою работу, призывая научное сообщество к проверке и дальнейшему развитию теории.

Авторы надеются, что их теория, подобно квантовой механике и теории относительности, откроет новые пути для научных исследований. По словам Партанена, в ближайшие несколько лет станет ясно, насколько успешным окажется этот подход. Если теория подтвердится, то она позволит ответить на сложнейшие вопросы о сингулярностях чёрных дыр и Большом взрыве, а также объяснить некоторые нерешённые загадки, например, преобладание материи над антиматерией во Вселенной.

 Источник: Reports on Progress in Physics