Supersträngteori är en mikroskopisk beskrivning av de fundamentala krafterna tillsammans med den materia de verkar på. Den representerar elementärpartiklar och deras växelverkan på mycket korta avstånd och/eller höga energier.


Vår forskning är huvudsakligen inriktad på D-bran, vilka är en typ av lösningar till strängekvationerna vilka beskriver utsträckta objekt. De är av intresse eftersom de ger förståelse av växelverkan mellan strängar när krafterna är mycket starka. En intressant och anmärkningsvärd så kallad dualitetssymmetri relaterar de utstäckta lösningarna till de fundamentala strängarna. Detta har lett till förslaget om en underliggande M-teori i vilken D-bran och fundamentala strängar ingår på likställd fot.

Ett gammalt problem i allmän relativitetsteori är vad som händer med gravitation och/eller kvantmekanik under de extrema förhållanden som ett svart hål representerar. En relaterad fråga är hur man skall förstå entropin hos svarta hål mikroskopiskt.

Ett radikalt ställningstagande till dessa frågor representerades under lång tid av Stephen Hawking som föreslog att lösningen involverar att man måste överge kvantmekanikens unitaritet.

En analys av situationen visar att det behövs en ny beskrivning av fysiken vid Planckskalan. Strängteori tillhandahåller en sådan beskrivning och eftersom den beskriver gravitationen i mikrokosmos bör den också ha något att säga om de mikroskopiska frihetsgraderna hos ett svart hål.

Fastän detta förvisso är sant i princip och strängteorilösningar med de rätta kvanttalen för att beskriva svarta hål går lätt att hitta, så verkar i förstone den extrapolering över enorma avståndsskalor som leder till svarta hål omöjliggöra alla jämförelser. Vissa svarta hål motsvaras dock av strängteorilösningar, uppbyggda av D-bran och strängar, som är stabila och tillåter en jämförelse mellan den svagkopplade regim där de konstruerats och den starkkopplade regim där de blir till svarta hål. Beräkningen av entropin för dessa lösningar visar exakt överensstämmelse med de klassiska resultaten från allmän relativitetsteori! (De belyser också unitartetsproblemet som nämndes ovan).

Duala beskrivningar av teorier betyder att det finns olika uppsättningar fält, t.ex., som beskriver samma fysikaliska situation. Existensen av sådana alternativ är ofta en fördel i det att en uppsättning variabler kanske ger en störningsbeskrivning i ett område där den andra representerar stark koppling. Strängteori och fältteorier härledda därur överflödar av sådana exempel.

En ny typ av dualitet vars upptäckt har gett upphov till stort intresse är dualiteten mellan strängteori i det inre av AdS5 x S5 och en konform fältteori på randen. Utvidgningen av denna dualitet till andra situationer lovar vara av stort potentiellt intresse.

Strängteori är med andra ord av vikt över vitt skilda längdområden, från Plancklängden till radien för universum, och är av betydelse för förståelsen av gravitationen samtidigt som den har lett till en mångfald av nya kvantfältteorier. den har också lämnat bestående bidrag till ren matematik.

Hittills har det dock inte varit möjligt att på experimentell väg studera strängarnas fysik. Det finns
emellertid en möjlighet att man med hjälp av universum självt kan hitta de redskap vi behöver för att komma åt fundamental fysik som kvantgravitation och strängteori. Nya fönster mot universum har öppnats som tillåter oss att studera många nya fenomen och också undersöka hur allting började. Å andra sidan har man inom teorin utvecklat nya metoder med vilka man kan konstruera detaljerade modeller av hur universum skapades genom kolliderande bran i högre dimensioner.

En särskilt intressant möjlighet är att studera de allra minsta skalorna och högsta energierna med hjälp av inflation. Inflationen förstorar mikroskopiska kvantfluktuationer till makroskopiska frön som leder till bildandet av galaxer och galaxhopar. Hoppet är att strängfysiken lämnar avtryck i den kosmologiska bakgrundsstrålningen som vi kan observera och använda för att testa våra ideér om de fundamentala naturlagarna.

Kontaktpersoner:

Ulf Danielsson
Ulf Lindström

Institutioner/motsvarande:

Institutionen för fysik och astronomi

Utbildning:

Följande grundutbildningsprogram vid Uppsala universitet
ger grund till denna forskning

» Civilingenjörsprogrammet i teknisk fysik
» Kandidatprogrammet i fysik