Nowe modele wczesnego Wszechświata w teorii strun
Teoria strun, powstała około 30 lat temu, szuka eleganckiego i prostego wyjaśnienia najbardziej poważnych pytań fizyki elementarnej. Część prac prowadzonych w ramach finansowanego przez UE projektu STRINGLEEFT skupiła się na pogłębieniu wiedzy na temat kompaktyfikacji 10-wymiarowej teorii strun do 4-wymiarowego wszechświata za pomocą zaawansowanych narzędzi matematycznych. Inna część badań ukierunkowana była na rozwiązanie fundamentalnych problemów kosmologii i fizyki cząstek w oparciu o modele kompaktyfikacji oraz na dostarczenie prognoz doświadczalnych, które można będzie przetestować w obecnych i przyszłych eksperymentach. Kwantowa teoria pola, będąca rozwinięciem mechaniki kwantowej z pojedynczych zlokalizowanych cząstek do istniejących wszędzie pól, stanowi podstawę opisu zagadnień kosmologii i fizyki cząstek elementarnych. Jednak nie wszystkie istniejące w teorii pola modele Wszechświata można spójnie przenieść do grawitacji kwantowej. Badacze przeanalizowali warunki spójności dla najbardziej obiecujących modeli kosmologicznych, wykazując, że niektóre klasy modeli nie są spójne. Zidentyfikowali też nowe modele teorii strun posiadające niezbędne właściwości. Wyniki badań dostarczyły nowych informacji na temat właściwości samej teorii strun oraz powiązań teorii strun z modelami kosmologicznymi. Teoria, wg której w swojej początkowej fazie Wszechświat rozszerzał się bardzo szybko, jest niezwykle wrażliwa na efekty grawitacji kwantowej i trudna do pogodzenia z teorią strun. Zespół projektu opracował nowy model inflacji, w którym inflacja jest wspomagana przez efekty grawitacji kwantowej. Model ten zawiera charakterystyczne sygnatury, które można będzie przetestować podczas najbliższych obserwacji kosmologicznych. Podczas inflacji powstają pierwotne fale grawitacyjne, jednak ich amplituda nie jest ustalona przez inflację. Bazując na teorii strun, zespół zidentyfikował też kres górny amplitudy pierwotnych fal grawitacyjnych. Kres ten zostanie dokładnie zbadany przez detektory pierwotnych fal grawitacyjnych nowej generacji. Wyniki projektu STRINGLEEFT przyczynią się do osiągnięcia długofalowego celu, jakim jest zrozumienie początków Wszechświata oraz jego składu i ewolucji. Uzyskane rezultaty będzie można także bezpośrednio powiązać z doświadczeniami i obserwacjami oraz wykorzystać do opracowania nowych programów eksperymentalnych, które przyspieszą rozwój nowych technologii.
Słowa kluczowe
Teoria strun, grawitacja kwantowa, kosmologia, kompaktyfikacja
