Graviton

In der Physik ist der graviton eine hypothetische elementare Partikel, die die Kraft der Schwerkraft im Fachwerk der Quant-Feldtheorie vermittelt. Wenn es besteht, muss der graviton massless sein (weil die Gravitationskraft unbegrenzte Reihe hat) und eine Drehung 2 boson sein muss. Das ist, weil die Quelle der Schwerkraft der Betonungsenergie-Tensor, ein Tensor der zweiten Reihe im Vergleich zum Elektromagnetismus ist, dessen Quelle der vier-Ströme-, ein Tensor der ersten Reihe ist. Zusätzlich kann es gezeigt werden, dass irgendwelche massless spinnen, würde 2 Feld von der Schwerkraft nicht zu unterscheidend sein, weil ein massless spinnt, muss sich 2 Feld paaren, um mit dem Betonungsenergie-Tensor ebenso (aufeinander zu wirken), den das Schwerefeld tut. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass, wenn ein massless 2 Partikel spinnt, entdeckt wird, muss es der graviton sein, so dass die einzige experimentelle für den graviton erforderliche Überprüfung einfach die Entdeckung einer Massless-Drehung 2 Partikel sein kann.

Theorie

Gravitons werden wegen des großen Erfolgs der Quant-Feldtheorie (insbesondere das Standardmodell) beim Modellieren des Verhaltens aller anderen bekannten Kräfte der Natur verlangt, die als durch elementare Partikeln wird vermittelt: Elektromagnetismus durch das Foton, die starke Wechselwirkung durch den gluons und die schwache Wechselwirkung durch den W und Z bosons. Die Hypothese ist, dass die Gravitationswechselwirkung durch - noch unentdeckt - elementare Partikel ebenfalls vermittelt wird, hat den graviton synchronisiert. In der klassischen Grenze würde die Theorie zur allgemeinen Relativität abnehmen und sich dem Newtonschen Gesetz der Schwerkraft in der Schwach-Feldgrenze anpassen.

Gravitons und Wiedernormalisierung

Wenn

sie graviton Wechselwirkungen beschreibt, benimmt sich die klassische Theorie (d. h., die Baumdiagramme) und halbklassische Korrekturen (Ein-Schleife-Diagramme) normalerweise, aber Diagramme von Feynman mit zwei (oder mehr) Schleifen führen zu ultravioletten Abschweifungen; d. h. unendliche Ergebnisse, die nicht entfernt werden können, weil die gequantelte allgemeine Relativität nicht renormalizable verschieden von der Quant-Elektrodynamik ist. D. h. die üblichen Weisen, wie Physiker die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass eine Partikel ausstrahlen oder einen graviton absorbieren wird, geben sinnlose Antworten, und die Theorie verliert seine prophetische Macht. Diese Probleme, zusammen mit einigen Begriffsrätseln, haben viele Physiker dazu gebracht zu glauben, dass eine Theorie, die mehr abgeschlossen ist als gerade allgemeine Relativität, das Verhalten in der Nähe von der Skala von Planck regeln muss.

Vergleich mit anderen Kräften

Verschieden von den Kraft-Transportunternehmen der anderen Kräfte spielt Schwerkraft eine spezielle Rolle in der allgemeinen Relativität im Definieren der Raum-Zeit, in der Ereignisse stattfinden. Weil der diffeomorphism invariance der Theorie keinem besonderen Raum-Zeit-Hintergrund erlaubt, als der "wahre" Raum-Zeit-Hintergrund ausgesucht zu werden, wie man sagt, ist allgemeine Relativität Hintergrundunabhängiger. Im Gegensatz ist das Standardmodell nicht Hintergrundunabhängiger, mit dem Raum von Minkowski das Genießen eines speziellen Status als die feste Hintergrundraum-Zeit. Eine Theorie des Quant-Ernstes ist erforderlich, um diese Unterschiede beizulegen. Ob diese Theorie Hintergrundunabhängiger oder nicht sein sollte eine geöffnete Frage ist. Die Antwort auf diese Frage wird bestimmen, ob Schwerkraft eine spezielle Rolle im Weltall spielt.

Gravitons in spekulativen Theorien

Schnur-Theorie sagt die Existenz von gravitons und ihren bestimmten Wechselwirkungen voraus. Ein graviton in der Perturbative-Schnur-Theorie ist eine geschlossene Schnur in einer sehr besonderen niedrigen Energie Schwingstaat. Das Zerstreuen von gravitons in der Schnur-Theorie kann auch von den Korrelationsfunktionen in der conformal Feldtheorie, wie diktiert, durch die AdS/CFT Ähnlichkeit, oder aus der Matrixtheorie geschätzt werden.

Eine interessante Eigenschaft von gravitons in der Schnur-Theorie ist, dass, als geschlossene Schnuren ohne Endpunkte, sie zu branes nicht gebunden würden und sich frei zwischen ihnen bewegen konnten. Wenn wir von einem brane leben (wie durch einige Theoretiker Hypothese aufgestellt hat), konnte diese "Leckage" von gravitons vom brane in den hoch-dimensionalen Raum erklären, warum Schwerkraft solch eine schwache Kraft ist, und gravitons von anderem branes neben unserem eigenen eine potenzielle Erklärung für die dunkle Sache zur Verfügung stellen konnte. Sieh brane Kosmologie.

Experimentelle Beobachtung

Die eindeutige Entdeckung von individuellem gravitons, obwohl nicht verboten durch jedes grundsätzliche Gesetz, ist mit jedem physisch angemessenen Entdecker unmöglich. Der Grund ist die äußerst niedrige böse Abteilung für die Wechselwirkung von gravitons mit der Sache. Zum Beispiel, wie man nur erwarten würde, beobachtete ein Entdecker mit der Masse Jupiters und 100-%-Leistungsfähigkeit, die in die nahe Bahn um einen Neutronenstern gelegt ist, einen graviton alle 10 Jahre sogar unter den günstigsten Bedingungen. Es würde unmöglich sein, diese Ereignisse vom Hintergrund von neutrinos zu unterscheiden, da die Dimensionen des erforderlichen Neutrino-Schildes Zusammenbruch in ein schwarzes Loch sichern würden.

Jedoch sind Experimente, um Gravitationswellen zu entdecken, die als zusammenhängende Staaten von vielen gravitons angesehen werden können, (z.B, LIGO und JUNGFRAU) laufend. Obwohl diese Experimente individuellen gravitons nicht entdecken können, könnten sie Auskunft über bestimmte Eigenschaften des graviton geben. Zum Beispiel, wenn, wie man beobachtete, sich Gravitationswellen langsamer fortgepflanzt haben als c (die Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum), der andeuten würde, dass der graviton Masse hat.

Schwierigkeiten und hervorragende Probleme

Die meisten Theorien, die gravitons enthalten, leiden unter strengen Problemen. Versuche, das Standardmodell oder die anderen Quant-Feldtheorien durch das Hinzufügen gravitons zu erweitern, geraten in ernste theoretische Schwierigkeiten an hohen Energien (Prozesse, die mit Energien in der Nähe von oder über der Skala von Planck verbunden sind) wegen der Unendlichkeit, die wegen Quant-Effekten entsteht (in Fachbegriffen, Schwerkraft ist nonrenormalizable). Da klassische allgemeine Relativität und Quant-Mechanik scheinen, an solchen Energien aus einem theoretischen Gesichtspunkt unvereinbar zu sein, ist diese Situation nicht haltbar. Eine mögliche Lösung ist, Partikeln durch Schnuren zu ersetzen. Schnur-Theorien sind Quant-Theorien des Ernstes im Sinn, dass sie zur klassischen allgemeinen Relativität plus die Feldtheorie an niedrigen Energien abnehmen, aber völlig mechanisches Quant sind, einen graviton enthalten und geglaubt werden, mathematisch zu entsprechen.

Siehe auch

  • Gravitomagnetism
  • Gravitationswelle
  • Masse von Planck
  • Schwerkraft
  • Statische Kräfte und virtuelle Partikel tauschen aus
  • Mehrvers

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