A Teoria de Cordas e a Unificação das Forças da...
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A Teoria de Cordas e a Unificação das Forças da Natureza Victor O. Rivelles Instituto de F´ ısica Universidade de S ˜ ao Paulo [email protected] 40 Anos da Sociedade Brasileira de F´ ısica, 02-03/10/2006 A Teoria de Cordas e a Unificac ¸ ˜ ao das Forc ¸as da Natureza – p. 1
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A Teoria de Cordas e aUnificação das Forças da
NaturezaVictor O. Rivelles
Instituto de Fısica
Universidade de Sao Paulo
40 Anos da Sociedade Brasileira de Fısica, 02-03/10/2006
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 1
Revista Brasileira de Física No. 1
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 2
IntroduçãoA teoria de cordas é uma área de pesquisa em física fundamental .
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 3
IntroduçãoA teoria de cordas é uma área de pesquisa em física fundamental .
Estamos procurando testar as teorias da física nos seus limites mais extremos, que sãoencontrados nos aceleradores de partículas elementares, nos buracos negros e no bigbang.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 3
IntroduçãoA teoria de cordas é uma área de pesquisa em física fundamental .
Estamos procurando testar as teorias da física nos seus limites mais extremos, que sãoencontrados nos aceleradores de partículas elementares, nos buracos negros e no bigbang.
Procuramos descobrir os constituintes mais básicos da natureza, os átomos no sentidode Demócrito, e quais as leis que regem seu comportamento.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 3
IntroduçãoA teoria de cordas é uma área de pesquisa em física fundamental .
Estamos procurando testar as teorias da física nos seus limites mais extremos, que sãoencontrados nos aceleradores de partículas elementares, nos buracos negros e no bigbang.
Procuramos descobrir os constituintes mais básicos da natureza, os átomos no sentidode Demócrito, e quais as leis que regem seu comportamento.
Hoje em dia reconhece-se que a unificac ao é um ingrediente essencial nessa busca.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 3
IntroduçãoA teoria de cordas é uma área de pesquisa em física fundamental .
Estamos procurando testar as teorias da física nos seus limites mais extremos, que sãoencontrados nos aceleradores de partículas elementares, nos buracos negros e no bigbang.
Procuramos descobrir os constituintes mais básicos da natureza, os átomos no sentidode Demócrito, e quais as leis que regem seu comportamento.
Hoje em dia reconhece-se que a unificac ao é um ingrediente essencial nessa busca.
No século XVII Newton unificou a mecânica terrestre com a mecânica celeste nas suasleis do movimento.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 3
IntroduçãoA teoria de cordas é uma área de pesquisa em física fundamental .
Estamos procurando testar as teorias da física nos seus limites mais extremos, que sãoencontrados nos aceleradores de partículas elementares, nos buracos negros e no bigbang.
Procuramos descobrir os constituintes mais básicos da natureza, os átomos no sentidode Demócrito, e quais as leis que regem seu comportamento.
Hoje em dia reconhece-se que a unificac ao é um ingrediente essencial nessa busca.
No século XVII Newton unificou a mecânica terrestre com a mecânica celeste nas suasleis do movimento.
No século XIX Maxwell unificou a eletricidade, o magnetismo e a óptica noeletromagnetismo.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 3
Situação Atual
As partículas elementaresconhecidas.
Teoria unificada das forçaseletromagnéticas e fracas.
Teoria para as forças fortes
Juntas formam o modêlopadrão das partículaselementares.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 4
Situação Atual
As partículas elementaresconhecidas.
Teoria unificada das forçaseletromagnéticas e fracas.
Teoria para as forças fortes
Juntas formam o modêlopadrão das partículaselementares.
Semelhança com a tabelaperiódica dos elementos!!!
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 4
Situação Atual
As partículas elementaresconhecidas.
Teoria unificada das forçaseletromagnéticas e fracas.
Teoria para as forças fortes
Juntas formam o modêlopadrão das partículaselementares.
Semelhança com a tabelaperiódica dos elementos!!!
Unificação das 3 forças:teorias de grandeunificação.
Previsão: o próton éinstável.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 4
Situação Atual
As partículas elementaresconhecidas.
Teoria unificada das forçaseletromagnéticas e fracas.
Teoria para as forças fortes
Juntas formam o modêlopadrão das partículaselementares.
Semelhança com a tabelaperiódica dos elementos!!!
Unificação das 3 forças:teorias de grandeunificação.
Previsão: o próton éinstável.
Isto corresponde à 4% doconteúdo do universo!!!
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Cosmologia
O universo foi gerado numbig bang.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 5
Cosmologia
O universo foi gerado numbig bang.
Não compreendemos o queaconteceu NO big bang,nem se houve algo antesdo big bang.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 5
Cosmologia
O universo foi gerado numbig bang.
Não compreendemos o queaconteceu NO big bang,nem se houve algo antesdo big bang.
Não existe uma teoriaquântica para a gravitação.
Não é possível controlar asflutuações quânticas darelatividade geral. É umateoria não renormalizável.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 5
Cosmologia
O universo foi gerado numbig bang.
Não compreendemos o queaconteceu NO big bang,nem se houve algo antesdo big bang.
Não existe uma teoriaquântica para a gravitação.
Não é possível controlar asflutuações quânticas darelatividade geral. É umateoria não renormalizável.
A gravitação (relatividadegeral) NÃO está incluída nomodêlo padrão das partícu-las elementares!!!
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 5
Matéria Escura
Materia escura não emitee nem reflete a luz.
É detectada só através deefeitos gravitacionais.
As galáxias parecem termuito mais massa do queaquela que emite luz.
A matéria escura constituiu22% do conteúdo douniverso!!!
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Bullet Cluster
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Energia EscuraMatéria comum: 4 %
Matéria escura: 22 %
Energia escura : 74 %
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 8
Energia EscuraMatéria comum: 4 %
Matéria escura: 22 %
Energia escura : 74 %
Forma de energia com pressão negativa que faz o universo expandir aceleradamente.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 8
Energia EscuraMatéria comum: 4 %
Matéria escura: 22 %
Energia escura : 74 %
Forma de energia com pressão negativa que faz o universo expandir aceleradamente.
Detectado na expansão de super-novas distantes.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 8
Energia EscuraMatéria comum: 4 %
Matéria escura: 22 %
Energia escura : 74 %
Forma de energia com pressão negativa que faz o universo expandir aceleradamente.
Detectado na expansão de super-novas distantes.
Pode ser causado por uma constante cosmológica na relatividade geral. Valorexperimental 10
−120m
4
P, mP é a massa de Planck.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 8
Energia EscuraMatéria comum: 4 %
Matéria escura: 22 %
Energia escura : 74 %
Forma de energia com pressão negativa que faz o universo expandir aceleradamente.
Detectado na expansão de super-novas distantes.
Pode ser causado por uma constante cosmológica na relatividade geral. Valorexperimental 10
−120m
4
P, mP é a massa de Planck.
Por outro lado, na teoria quântica de campos, o valor esperado para a constantecosmológica, é de 1m
4
P. Discrepância por um fator de 10
120!!! Problema daconstante cosmol ogica .
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 8
Teoria de cordasProposta mais conservadora: teoria de cordas.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 9
Teoria de cordasProposta mais conservadora: teoria de cordas.
Assume que a mecânica quântica e relatividade restrita são válidos.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 9
Teoria de cordasProposta mais conservadora: teoria de cordas.
Assume que a mecânica quântica e relatividade restrita são válidos.
Assume que os objetos funda-mentais são estendidos ao invésde pontuais: cordas
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 9
Teoria de cordasProposta mais conservadora: teoria de cordas.
Assume que a mecânica quântica e relatividade restrita são válidos.
Assume que os objetos funda-mentais são estendidos ao invésde pontuais: cordas
As partículas elementares cor-respondem aos modos de vibra-ção quantizados de uma cordarelativísitica.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 9
Teoria de cordas
Cordas abertas dão origem aosbósons de gauge.
Cordas fechadas dão origem a gra-vitação.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 10
Teoria de cordas
Hoje em dia os objetos fundamentais in-cluem cordas e membranas de diversasdimensões: p-branas.
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Teoria de Cordas
As cordas podem interagir entre si.
Pode-se fazer uma expansão perturbativa
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 12
ConsequênciasObtém-se uma teoria da gravitação quântica!
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 13
ConsequênciasObtém-se uma teoria da gravitação quântica!
Explica a entropia de certas classes de buracos negros.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 13
ConsequênciasObtém-se uma teoria da gravitação quântica!
Explica a entropia de certas classes de buracos negros.
Obtém-se uma teoria que estende o modêlo padrão das partículas elementares !
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 13
ConsequênciasObtém-se uma teoria da gravitação quântica!
Explica a entropia de certas classes de buracos negros.
Obtém-se uma teoria que estende o modêlo padrão das partículas elementares !
Consistência requer a existência de novas simetrias: supersimetria . Pode serdetectada no LHC em 2008
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 13
ConsequênciasObtém-se uma teoria da gravitação quântica!
Explica a entropia de certas classes de buracos negros.
Obtém-se uma teoria que estende o modêlo padrão das partículas elementares !
Consistência requer a existência de novas simetrias: supersimetria . Pode serdetectada no LHC em 2008
Consistência requer a existência de dimens oes extras .
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 13
ConsequênciasObtém-se uma teoria da gravitação quântica!
Explica a entropia de certas classes de buracos negros.
Obtém-se uma teoria que estende o modêlo padrão das partículas elementares !
Consistência requer a existência de novas simetrias: supersimetria . Pode serdetectada no LHC em 2008
Consistência requer a existência de dimens oes extras .
A dimensionalidade doespaço-tempo passou a ser algoque deve ser determinadoexperimentalmente!
Experiências com balança detorsão.
LHC poderia detectar em 2008.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 13
Branas
Nosso universo pode ser umabrana imersa em 10 dimensões.
Dimensões extras grandes: gravita-ção propaga-se em todas as dimen-sões.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 14
Branas
Nosso universo pode ser umabrana imersa em 10 dimensões.
Dimensões extras grandes: gravita-ção propaga-se em todas as dimen-sões.
Duas branas, numa a gravitação éforte e noutra é fraca.
Grávitons poderiam ser produzidosno LHC.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 14
Branas
Nosso universo pode ser umabrana imersa em 10 dimensões.
Dimensões extras grandes: gravita-ção propaga-se em todas as dimen-sões.
Duas branas, numa a gravitação éforte e noutra é fraca.
Grávitons poderiam ser produzidosno LHC.
Se a escala de Planck estiver na região de TeV, o LHC poderia produzir buracos negros, oque permitiria estudar a gravitação quântica.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 14
Buracos negros
Alguns buracos negros podem ser descritos como uma configuração de cordas ebranas fracamente acoplados.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 15
Buracos negros
Alguns buracos negros podem ser descritos como uma configuração de cordas ebranas fracamente acoplados.
A entropia assim calculada fornece o mesmo valor que a entropia deBekenstein-Hawking.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 15
Buracos negros
Alguns buracos negros podem ser descritos como uma configuração de cordas ebranas fracamente acoplados.
A entropia assim calculada fornece o mesmo valor que a entropia deBekenstein-Hawking.
Mas não existe uma descrição análoga para o big-bang!
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 15
Dualidade
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 16
Dualidade
Dualidade na constante de acoplamento: dualidade S
Dualidade na distância: dualidade T
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 16
Dualidade
Dualidade na constante de acoplamento: dualidade S
Dualidade na distância: dualidade T
Isso significa que ainda não se conhece os graus de liberdade fundamentais da teoria!!!
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 16
Correspondência AdS/CFTA dualidade mais bem conhecida!
AdS: espaço de anti de Sitter
CFT: conformal field theory
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 17
Correspondência AdS/CFTA dualidade mais bem conhecida!
AdS: espaço de anti de Sitter
CFT: conformal field theory
A teoria de cordas num background de AdS em 5 dimensões é equivalente a uma teoriade gauge conforme no espaço de Minkowski em 4 dimensões.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 17
Correspondência AdS/CFTA dualidade mais bem conhecida!
AdS: espaço de anti de Sitter
CFT: conformal field theory
A teoria de cordas num background de AdS em 5 dimensões é equivalente a uma teoriade gauge conforme no espaço de Minkowski em 4 dimensões.
É uma dualidade que envolve a constante de acoplamento da teoria de gauge com aconstante gravitacional.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 17
Correspondência AdS/CFTA dualidade mais bem conhecida!
AdS: espaço de anti de Sitter
CFT: conformal field theory
A teoria de cordas num background de AdS em 5 dimensões é equivalente a uma teoriade gauge conforme no espaço de Minkowski em 4 dimensões.
É uma dualidade que envolve a constante de acoplamento da teoria de gauge com aconstante gravitacional.
Fornece uma realização da antiga proposta de t’Hooft que uma teoria de gauge SU(N)com N muito grande seria descrita por uma teoria de cordas.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 17
Correspondência AdS/CFTA dualidade mais bem conhecida!
AdS: espaço de anti de Sitter
CFT: conformal field theory
A teoria de cordas num background de AdS em 5 dimensões é equivalente a uma teoriade gauge conforme no espaço de Minkowski em 4 dimensões.
É uma dualidade que envolve a constante de acoplamento da teoria de gauge com aconstante gravitacional.
Fornece uma realização da antiga proposta de t’Hooft que uma teoria de gauge SU(N)com N muito grande seria descrita por uma teoria de cordas.
Isso é verdade se a teoria de cordas vive num espaço em 5 dimensões!
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 17
Gravitação/teoria de gaugeGeneralização da correspondência AdS/CFT
É possível construir uma teoria de gravitação (isto é, um background para a teoria decordas) que seja dual a uma teoria de campos dada.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 18
Gravitação/teoria de gaugeGeneralização da correspondência AdS/CFT
É possível construir uma teoria de gravitação (isto é, um background para a teoria decordas) que seja dual a uma teoria de campos dada.
Fenômenos não perturbativos da teoria de gauge podem ser descritos através de umsistema gravitacional fracamente acoplado.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 18
Gravitação/teoria de gaugeGeneralização da correspondência AdS/CFT
É possível construir uma teoria de gravitação (isto é, um background para a teoria decordas) que seja dual a uma teoria de campos dada.
Fenômenos não perturbativos da teoria de gauge podem ser descritos através de umsistema gravitacional fracamente acoplado.
Usualmente, supersimetria é necessária.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 18
Gravitação/teoria de gaugeGeneralização da correspondência AdS/CFT
É possível construir uma teoria de gravitação (isto é, um background para a teoria decordas) que seja dual a uma teoria de campos dada.
Fenômenos não perturbativos da teoria de gauge podem ser descritos através de umsistema gravitacional fracamente acoplado.
Usualmente, supersimetria é necessária.
Confinamento, quebra de simetria quiral, glueballs, plasma de quarks e glúons,screening de monopolos, condensado de gauginos, função beta, efeitos de temperaturafinita, etc.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 18
Gravitação/teoria de gaugeGeneralização da correspondência AdS/CFT
É possível construir uma teoria de gravitação (isto é, um background para a teoria decordas) que seja dual a uma teoria de campos dada.
Fenômenos não perturbativos da teoria de gauge podem ser descritos através de umsistema gravitacional fracamente acoplado.
Usualmente, supersimetria é necessária.
Confinamento, quebra de simetria quiral, glueballs, plasma de quarks e glúons,screening de monopolos, condensado de gauginos, função beta, efeitos de temperaturafinita, etc.
Grande problema para extrair resultados na QCD é a presença da supersimetria.
A Teoria de Cordas e a Unificacao das Forcas da Natureza – p. 18
