研究员使用s矩阵自助法检验弦理论是否是唯一一致的量子引力理论

　　弦理论涵盖了所有或几乎所有允许的量子引力理论空间。资料来源:Guerrieri, Penedones和Vieira。
　　s矩阵自举法是一种在量子场论中使用简单的原理来确定或约束粒子散射振幅的数值方法。在过去的几十年里，一些物理学家尝试使用这种技术来研究不同的物理理论和现象。
　　特拉维夫大学(Tel Aviv University)、École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)和周界研究所的研究人员一直在进一步发展s矩阵自助法，并试图将其应用到物理的不同领域。在最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，该团队试图用它来研究弦理论。弦理论是一种著名的物理理论，代表了宇宙的基本组成部分为一维(1D)而不是点状粒子。
　　＂s矩阵引导是一个古老的想法，在60年代很流行，但随着描述强核力的量子色动力学的出现而失去了流行，＂开展该研究的研究人员之一Andrea Guerrieri告诉Phys.org。＂s矩阵自助法的目标是确定(或限制)量子场论中粒子的散射振幅，仅使用基本原理，如因果关系、狭义相对论和概率不能大于1的事实。我们在这个问题上的创新之处在于，我们提出了一种系统的数值算法来实现所有这些原则。＂
　　虽然现在已经有几十篇过去的论文使用不同版本的s矩阵bootstrap来探索物理系统，但其中大多数工作都集中在大质量粒子上。然而，Guerrieri和他的同事们最近也能用它来研究无质量粒子的散射，比如量子色动力学中的色通量管或无质量介子的横向波动。
　　＂一旦我们意识到这种方法对无质量粒子有效，很明显我们应该尝试用它来研究引力子，引力子是引力的介质，＂João Penedones，另一位参与这项研究的研究人员告诉Phys.org。＂随后，我们选择在10个时空维度中施加超对称，以减少这个问题的技术障碍。＂
　　Guerrieri, Penedones和他们的同事Pedro Vieira最近的工作适用于任何量子引力理论。然而，在他们的研究中，他们专门使用了s矩阵bootstrap来检验弦理论，并试图确定它是否是唯一一致的量子引力理论。
　　＂爱因斯坦的广义相对论(GR)描述了远距离或(等效)低能量下的引力相互作用，＂佩内多内斯说。＂例如，它可以用来计算两个大波长(比普朗克长度大得多)的引力子如何相互散射。然而，如果我们在某个点减小波长，我们就不能相信GR的预测。事实上，GR的预测给出的概率将大于1。＂
　　为了提高GR预测的可靠性，该理论必须在短距离/波长或等效地在高能时进行修正。这种校正通常被称为＂紫外线补全＂。
　　引力子散射图。资料来源:Guerrieri, Penedones和Vieira。
　　＂我们经常说量子引力理论是GR的UV完成，＂Guerrieri说。＂在我们最近的论文中，我们调查了在低能量极限下对GR预测的第一次修正。这就是我们论文中的参数所代表的。＂
　　弦理论是著名的量子引力理论。值得注意的是，在弦理论中，研究人员所描述的参数可以采用一组特定的值。
　　＂在弦理论中，α与基本弦的张力(以普朗克单位表示)有关，＂维埃拉解释道。＂在这篇论文中，我们开始探索的是不知道什么是描述现实世界的量子引力理论，只是问任何这样的理论可以产生什么值。＂
　　令人惊讶的是，研究人员发现，根据s矩阵bootstrap数值计算，描述真实世界的重力理论可能拥有的阿尔法值与弦理论产生的值完全相同。虽然这些发现可能有有趣的含义，但他们的研究有几个局限性，可能会影响其有效性。
　　＂我们工作的第一个警告是，我们使用的方法是数值的;它使用计算机簇扫描大量的散射振幅，并推断出一致的散射振幅的整个空间，＂维埃拉说。＂这种外推过程带有一些不确定性。因此，我们发现阿尔法> 0.13 0.02与估计误差条。弦理论将允许任何alpha > 0.1389(在误差条内)完美地位于我们的边界上。＂
　　在未来的研究中，研究人员希望减少与他们用来确定结果是否保持不变的s矩阵bootstrap相关的数值误差。他们的研究的第二个限制是使用了一个简化的设置，因为他们的研究是在10维和超对称存在的情况下进行的。然而，现实世界是四维的，超对称性还没有被实验观察到。
　　＂尽管如此，我们认为带有超对称性的10d是此类探索的一个很好的起点，＂Guerrieri说。＂其中一个原因是,在10 d超弦理论是最简单的,我们敏锐的预测比较数字对超对称和第二个原因是我们可以联系引力子是艰难的对象驯服数学,因为它们简单的超对称伙伴不旋转旋转种类方面截然不同。＂
　　在他们最近的研究中，研究人员检验的主要研究问题是，弹簧理论是否是量子引力的唯一一致理论。虽然他们无法确定地回答这个问题，但他们的研究结果表明，s矩阵自助法可以帮助解决这个问题。在未来，圭列里、佩内多内斯和维埃拉希望在不包括超对称性和更低时空维度的情况下重复他们的计算。
　　维埃拉说:＂到目前为止，我们发现一般原理允许的值与弦理论中实现的值一致。＂这与上述问题的肯定答案相符，但证据不足。然而，原则上，我们可以研究其他参数，让我们称它们为beta、gamma等，它们代表了对低能量下GR预测的进一步子引导修正。弦理论预测有无限个黑洞。如果我们能证明s矩阵Bootstrap原理中这些参数的允许范围也与弦理论相一致，那么证据将是强有力的。＂