隱藏維度之間的扭曲或許能解釋質量

基本粒子如Z和W的質量玻色子一篇新的理論論文證明，這可能源自隱藏維度的扭曲幾何。

這項工作提出了一種繞過希格斯場作為粒子質量的來源，為理解希格斯場本身可能的形成提供了新工具，同時也可能是解決標準模型粒子物理學的。

“在我們的照片里，”理論物理學家理查德·平查克說斯洛伐克科學院的觀點是，“物質源自幾何本身的抵抗，而非外部場。”

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該希格斯場該理論最早于20世紀60年代提出，用以解釋為何基本粒子具有質量——這是一個阻礙構建一致模型粒子物理學的。部分得益于希格斯場，物理學家得以構建我們今天依賴的標準模型。

事情是這樣的。想象宇宙充滿了看不見的黏稠物。任何在宇宙中運動的粒子也會穿過這種黏稠物，每個粒子與其相互作用的方式略有不同。

與黏液強烈相互作用的粒子表現為“沉重”，比如W玻色子和Z玻色子.幾乎不相互作用的粒子是“光”，比如電子.光子根本不與它相互作用。這種相互作用被稱為希格斯機制，它非常清楚地解釋了粒子質量。

我們知道希格斯場是真實存在的，因為它的量子波紋，希格斯玻色子，最終非常自信地發現2012年大型強子對撞機。然而，這并不意味著希格斯機制就是全部。

例如，我們仍然不知道希格斯場為何具有這些性質。希格斯解也無法解釋暗物質，或者暗能量或者說，希格斯場為何存在。

我們在某處遺漏了一些信息——平查克和他的同事們認為，根據他們對一個稱為G₂流形.

流形是一種數學空間——一個通用術語，指任何可以有曲線、褶皺或扭曲的“形狀”。物理學家常用流形來描述時空的幾何，或者說隱藏的額外維度在以下理論中提出弦理論.

這些空間的方向可以比日常生活中熟悉的上下、左右、前后更多的方向。有些流形需要完整的七個獨立方向。具有特定七維結構且以非常緊密約束的方式排列的流形稱為G2流形。

研究人員開發了一個新的方程，稱為G。₂-Ricci流這使得他們能夠模擬G的表現₂流形隨時間變化。

“就像有機系統中，比如DNA的扭曲或氨基酸的慣性，這些超維結構可以具有扭轉，這是一種內在的扭曲。”平查克解釋.

“當我們讓它們隨時間進化時，我們發現它們可以穩定地形成稱為孤子的結構。這些孤子可以為諸如自發對稱性破缺等現象提供純粹的幾何解釋。”

一個孤子就像一個單一的、自我維持的波浪，可以永遠保持形狀。研究人員發現他們的G。₂流形松弛成了這樣一個穩定的構型——而這種構型具有一種扭轉或扭轉，會印刻在W和Z玻色子上，產生與希格斯機制完全相同的質量產生效應。

結果還初步表明，宇宙的加速膨脹可能與G型扭轉所施加的曲率有關₂多重傳遞。如果這個扭轉表現為場，它應該會顯現粒子，就像希格斯場產生希格斯一樣玻色子.

研究人員將這個假想粒子命名為托石，并描述了這種粒子應有的行為。

如果它存在，托斯通可能在粒子對撞機異常中被探測到，或者在宇宙微波背景，甚至引力波故障。其存在尚未被證實，但如果扭力場存在，我們現在知道從哪里開始尋找。

這確實是相當瘋狂和令人興奮的東西，但希格斯場在當時也是如此——而且它確實取得了將近50年證明。希望我們不必等那么久就能得到關于可能G的答案₂但到目前為止，這種方法有望為一些迫切問題提供解決方案。

“大自然往往偏好簡單的解決方案，”平查克說.

“也許W和Z玻色子的質量并非來自著名的希格斯場，而是直接來自七維空間的幾何。”

該研究已發表于核物理B.

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