Физики РУДН оценили вклад гравитации в формирование элементарных частиц

Физики РУДН оценили вклад гравитации в формирование элементарных частиц

Гравитация может оказаться более важной в образовании элементарных частиц, чем считалось ранее, выяснили физики из РУДН. Они впервые получили ряд решений полуклассических моделей, которые описывают частицеподобные волны. Также физики нашли соотношение гравитационного взаимодействия частиц к взаимодействию их зарядов.

Гравитационное взаимодействие между элементарными частицами — электронами, протонами, нейтронами — слабо из-за их малой массы по сравнению с кулоновскими силами — притяжением и отталкиванием в зависимости от заряда. К примеру, отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг атомного ядра, в составе которого есть имеющие положительный заряд протоны. Это означает, что отношение ньютоновского притяжения к кулоновскому отталкиванию, обозначаемое как γ, пренебрежимо мало. Однако в планковских масштабах, то есть на расстояниях, близких к 1,6⋅10−35 м, эти силы становятся сопоставимыми. Физики РУДН обнаружили решения существующих моделей, которые соответствуют частицам на планковском масштабе.

«Существует ряд данных, указывающих на потенциально важную роль, которую гравитация может играть в микромире. Нам не известно о хоть сколько-нибудь серьезных попытках теоретически получить настолько малую величину этого „магического“ безразмерного числа γ — 10-40. Мы представили простую модель, в рамках которой возможно естественным образом найти его частное значение», — кандидат физико-математических наук Владимир Кассандров, доцент Института гравитации и космологии РУДН.

Физики РУДН обратились к полуклассическим моделям, которые основаны на уравнениях электромагнитного поля. У них существует несколько решений для частиц, а также для солитонов — одиночных устойчивых волн. Обычно гравитация в таких уравнениях не учитывается. Вместо этого в уравнение вводится некоторая нелинейная поправка. Какая именно — выбирается практически произвольно. Это и становится основной проблемой в таких моделях. Решить ее можно, если включить в систему уравнения трех фундаментальных полей. Тогда благодаря требованиям калибровочной инвариантности, по которым наблюдаемые физические величины не изменяются при преобразованиях полей, форма нелинейности оказывается жестко определенной. Физики РУДН использовали этот подход и попытались найти решения, характеристики которых подходят под типичные элементарные частицы. Это бы показало, что гравитация играет фундаментальную роль в их формировании.

Получить решения при γ<0.9, в которых электрический заряд и масса соответствовали элементарным частицам, физикам не удалось. Возможно ли этого достичь, остается под вопросом. Однако вместо этого удалось найти решения модели при γ, примерно равном единице. Они описывают «полуквантовые» заряженные объекты на планковских масштабах — с массой порядка 10−5 гр и размером около 10−33 см. Чему эти решения соответствуют, физикам до конца не ясно — гипотетические частицы с соответствующими параметрами называют максимонами или планкеонами. Кроме того, физики РУДН стали первыми, кому удалось получить дискретный энергетический спектр для объектов, у которых значение γ стремится к бесконечности, то есть электрическое поле исключается из модели. Решением в данном случае становятся объекты с массой, близкой к солнечной.

«Наша попытка оценить вероятностные характеристики при γ<0.9 оказалась безуспешной, но это означает, что все еще остается возможность существования таких частицеобразных решений в модели. В будущем мы хотим пролить свет на эту физически интригующую, но математически очень сложную проблему, и выяснить, существуют ли в рамках модели трех полей решения для элементарных частиц», — кандидат физико-математических наук Владимир Кассандров, доцент Института гравитации и космологии РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Universe.

Новости
Все новости
Наука
13 октября
Фестиваль науки 2021 — мероприятия подразделений: как это было?

8 октября стартовал Фестиваль науки в РУДН. Мероприятия начались в 13 подразделениях Университета и проходили в смешанном формате: онлайн и оффлайн.

Наука
11 октября
Эколог РУДН выяснил, как снизить выбросы парниковых газов в животноводстве

Эколог РУДН предложил метод оценки влияния животноводческих ферм на изменение климата, а также способ снижения этого влияния. Комплекс мер рассчитан на небольшие фермы и позволяет полностью нивелировать выбросы парниковых газов от сельскохозяйственной деятельности.

Наука
08 октября
Физик РУДН упростил теорию Эйнштейна-Лавлока для черных дыр

При учете квантовых поправок черные дыры описываются теорией Эйнштейна-Лавлока с помощью уравнения, которое содержит бесконечное число слагаемых. Физик РУДН показал что геометрия черной дыры такой теории представима в компактной форме и только небольшое числом слагаемых достаточно для описания наблюдаемых величин. Это поможет исследователям изучать черные дыры в теориях с квантовыми поправками к уравнениям Эйнштейна.