Dans les entrailles de la nature : symétries

1986/10/01 Martinez Lizarduikoa, Alfontso Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Zone unifiée et accélérateurs de fractions

Cet accélérateur de Standfor (Californie) produit des électrons et des positons et des lots de nouvelles fractions sont éliminés.

Dans les quatre forces fondamentales que les physiciens reconnaissent pour expliquer les phénomènes qui se produisent dans la nature, celle de la gravité est la première qui a été créé historiquement et Newton a été son inventeur. Par cette force, la relation entre les fractions matérielles est structurée. Dans la physique newtonienne, la matière (fraction matérielle) est le seul élément d'existence réelle dans le cadre spatio-temporel préposé.

Cependant, dans les années 1850 Maxwell, mathématiquement les travaux de Faraday, a construit une nouvelle théorie physique indépendante de la gravitation: Électromagnétique. Dans cette nouvelle théorie, l'électricité et le magnétisme ont été définis comme différents aspects d'un phénomène commun, comme les vibrations du champ électromagnétique.

Si dans la métaphysique de Newton la fraction apparaît comme un élément irréductible, la métaphysique de Maxwell est basée sur le champ. A partir de ce moment, toute la science apparaîtra submergée dans la dualité fraction/onde, et cette dualité demeure vivante aujourd'hui.

Pour surmonter cette fraction d'identité de la nature/puissance, Einstein a essayé de construire la théorie de l'espace commun. Mais en vain. Mécanique et électromagnétisme, obstinés, maintiendront l'indépendance entre eux, apparaissant la Nature dans leurs entrailles comme dualiste (et non moniste).

La longueur de cet accélérateur sur le stand (Californie) est de 3 km.

Cependant, jusqu'à aujourd'hui est venu le désir d'obtenir l'unité de tous les domaines, c'est-à-dire de montrer l'univers par une seule force. Actuellement, les physiciens, avec l'aide des mathématiciens, poursuivent cet objectif avec plus d'enthousiasme que jamais, et la preuve en sont les gigantesques accélérateurs de fractions construits et en construction. Cette tâche n'a pas été semblable dans l'histoire de la science, et pour construire ces machines il faut d'énormes coopérations économiques et sociales entre les états. (1).

Électrodynamique quantique

Sur le chemin d'un champ unifié, la dernière période de 1960-70 ans a été très importante, car dans ces années la mécanique quantique a été adapté avec un grand succès aux champs électromagnétiques. De cette union est née l'électrodynamique quantique. Au cours des quinze années où cette théorie a existé, il a démontré une précision énorme et la capacité de prédire des phénomènes.

Grâce à ce succès incomparable, les physiciens ont commencé à quantifier trois autres forces dans la nature. Mais aussitôt ils commencèrent à se résigner. Tant que la force violente et la force faible ne se comprenaient pas bien, la théorie des quarks (chromodynamique quantique) n'était pas consolidée, et la gravitation échappait encore et encore à la quantification. Il ya une quinzaine d'années la situation était la suivante: Pour exprimer les quatre forces qu'il avait dans la nature, il y avait quatre théories différentes, dont une seule (l'électrodynamique quantique) fonctionnait du point de vue de la méthode scientifique.

On posait une question constante sur les chercheurs. Quelle était la structure spécifique du champ électromagnétique pour pouvoir donner une représentation quantique aussi adéquate et précise aux trois autres champs? Si nous expliquons la structure interne du champ électromagnétique, ne serait-il pas possible d'adapter cette structure aux trois autres zones en construisant ainsi la théorie du champ unifié ?

Électromagnétique et symétries de Maxwell

Depuis la naissance de la civilisation humaine, l'influence des modèles symétriques sur la pensée et la religion est indéniable, surtout les formes symétriques. Mais le concept de symétrie est très profond et non seulement conforme à la symétrie formelle. Il y a un champ très large, encore inexploré : la symétrie la plus abstraite. Ce champ de symétries abstraites a été la carrière de la physique moderne. Et son importance réside dans le fait que les physiciens d'aujourd'hui croient que l'existence des quatre forces fondamentales qui apparaissent dans la nature est donnée pour perpétuer certaines symétries résidant dans la structure la plus simple de la nature.

La relation entre la physique et la symétrie géométrique était connue depuis longtemps par des lois de subsistance. Les lois de permanence nous indiquent que quelque chose reste constante au fil du temps. La façon la plus simple de voir les symétries sont les tournants et les réflexes, mais pas tous les types de symétries qui explique la nature.

Parfois, en analysant la description mathématique d'un système physique, il est possible de trouver de nouveaux types de symétrie. Nous avons un exemple historiquement très représentatif: Cas des équations du champ électromagnétique de Maxwell. En analysant ses équations, Maxwell a découvert que les composants électriques et magnétiques n'apparaissaient pas entièrement symétriques. Sous un profond sentiment d'intuition esthétique, il a ajouté un nouveau thème dans ses équations pour les rendre symétriques. Ce nouveau composant a réussi à représenter le champ magnétique qui produit un champ électrique variable, le nouvel effet, qui a été détecté expérimentalement.

Cependant, il a fallu plus de 50 ans pour comprendre la profondeur des symétries dans les équations de Maxwell. Lorentz et Poincaré ont découvert avec surprise que les équations de Maxwell étaient symétriques par rapport à une opération de somme des espaces et des temps. Si nous associons du temps aux trois dimensions spatiales, la structure en quatre dimensions devient spatio-temporelle, alors la symétrie de Lorentz/Poincaré est la rotation spatio-temporelle. C'est-à-dire qu'il existe une relation profonde entre l'électromagnétisme et l'espace/temps ; l'espace/temps se déforme de manière symétrique lorsque l'observateur s'approche de la vitesse de la lumière. Prenant comme réel ce phénomène si éloigné de l’expérience traditionnelle, Einstein a clarifié une nouvelle ère: L'ère de la relativité.

La rotation est une symétrie qui maintient la forme invariable de la sphère. En outre, la symétrie est générale parce que tous les points de sa surface forment le même déplacement angulaire. La symétrie réduite exige de maintenir la forme inaltérable de la sphère, bien que les points de la surface de la sphère se déplacent indépendamment. La symétrie réduite serre la sphère et génère des forces dans les points.

Cette trajectoire tout au long de l'histoire de la science nous avertit de l'importance des symétries mathématiques pour expliquer les fondements cachés qui existent dans la nature.

Renormalisation et transformation gauge

Un des obstacles les plus importants qui leur sont présentés lors de la recherche théorique de la part des physiciens actuels, ce sont les termes infinis ; dans les équations qui les utilisent, souvent, les valeurs infinies qui apparaissent dans les grandeurs physiques. Face à ce grave obstacle, le chercheur a deux voies: abandonner le modèle utilisé (ce qui signifie revenir à partir de rien) ou trouver une solution pour le surmonter. Logiquement, les physiciens ont opté pour cette seconde voie, et quand ces infinis apparaissent, ils renormalisent l'origine de l'échelle (correspondant au point zéro) utilisée par eux pour que le calcul puisse continuer, en disparaissant des quantités infinies. À travers elle, les théoriciens écartent des valeurs infinies.

L'électrodynamique quantique est une théorie qui peut être renormalisée. Mais quand nous voulons renormaliser les trois autres forces de la Nature, nous voyons que ce n'est pas possible. Ainsi, les physiciens théoriques ont commencé à penser que le secret du succès de l'électrodynamique quantique restait dans sa structure interne, et que sa découverte serait applicable à d'autres domaines (forces).

On commence immédiatement à soupçonner que cette structure interne était la symétrie, et la conviction que pour qu'une théorie soit stable il fallait une symétrie interne spéciale se répandit rapidement dans des environnements scientifiques. Par conséquent, certaines symétries spéciales possibles ont été immédiatement analysées à l'origine des quatre forces: Les soi-disant “gauge”. (2)

Les symétries Gauge sont très liées au problème de la renormalisation. Ces symétries permettent de réestimer l'échelle de quelque grandeur physique. Si un système ou théorie maintient invariablement le caractère physique de ce système ou théorie par rapport à un type de changement, il aura symétrie Gauge.

CRÉATION DE L'ANTIMATIÈRE. Les particules, à charge électrique, sont visibles dans des héliums liquides car elles laissent un sillage de bulles. L'antituer qui se produit dans ce cas est le positron. La spirale qui le crée a le sens des aiguilles de la montre et occupe les deux tiers de la droite de l'image. La petite spirale est un électron de direction contraire aux aiguilles de la montre. Positron est l'antiparticule de l'électron.

Il est possible de réestimer l'échelle d'une grandeur dans tout le champ d'analyse ; alors nous sommes devant une transformation globale de Gauge. Si les changements d'échelle sont différents aux différents points de la zone lors de la normalisation, la transformation de Gauge est réduite.

Gravitation et symétries de la nature

Nous reviendrons à la nature et analyserons le phénomène controversé et mystérieux de la gravitation. Supposons qu'un laboratoire est situé dans une concentration spatiale et que ce laboratoire se déplace dans l'espace sur une ligne droite, dans laquelle il n'y a pas de forces externes. Supposons maintenant le deuxième cas. Dans ce cas, le laboratoire se déplace dans l'espace, mais son parcours est courbe

Passer du premier au second cas est possible, et pour cela il suffit d'introduire l'influence d'un champ externe. Plus précisément, entrez un champ gravitationnel.

La trajectoire d'un laboratoire sur l'orbite d'une planète est la même que celle d'un laboratoire en se déplaçant dans l'espace vide. Et la raison est simple. Le parcours courbé dans une orbite compense les forces exercées sur le laboratoire par la gravité. De ce point de vue, la gravité est un champ compensatoire qui récupère la déviation du système par rapport à la ligne droite.

En ce sens, si le champ gravitationnel introduit était suffisamment complexe, nous pourrions obtenir des lois physiques symétriques, même si nous avions des transformations gauge réduites. Le champ gravitationnel serait le comportement de la Nature pour maintenir la symétrie gauge réduite. Dans ce cas, le contenu de la symétrie serait l'inaltérabilité des lois physiques lorsque le parcours d'un mouvement change arbitrairement.

Si nous analysons les phénomènes physiques de ce point de vue, la gravité pourrait être redéfinie comme l'apparition d'une symétrie dans la nature.

Viscères de l'accélérateur de Fermilab.

Ainsi les choses, les quatre forces fondamentales qui régissent le comportement de l'univers seraient les zones compensatoires que la nature crée pour équilibrer les symétries nocturnes réduites dans la structure interne. À leur tour, les champs de force seront la voie pour imposer dans l'activité de la nature les symétries gauge réduites dans l'univers.

Si nous examinons les constructions physiques les plus générales dans cette perspective, nous réaliserons que le champ électromagnétique est la symétrie nocturne la plus facile à concilier avec la relativité réduite. Dans ce cas, il correspondrait aux changements dans les transformations voltaïques gauge.

Il a été très important de constater que le problème de la renormalisation et de la symétrie nocturne sont profondément entrelacés. En définitive, le fonctionnement superparfait de l'électrodynamique quantique et sa capacité de renormalisation réside dans la simple structure interne du champ électromagnétique.

OBSERVATIONS :

Parmi les accélérateurs de fraction actuels, le FERMILAB (Fermi National Accelerator Laboratory) est l'un des plus puissants. Cette machine accélère les protons dont l'énergie de faisceau peut atteindre 1000 GeV. Vers 1990, l'accélérateur appelé UNK sera lancé en URSS, obtenant une énergie de 3000 GeV. Autour de ces dates sera lancé le nouveau FERMILAB de 5000 GeV. Enfin, il convient de mentionner que c'est le plus grand projet technologique qui a été soulevé dans l'existence humaine. Ce projet est actuellement au niveau du design. Cet accélérateur est appelé VBA (Very Big Accélator) et accélère les protons. L'énergie que pourrait obtenir cette machine serait de 20.000 GeV. Pour construire un tel dispositif, il faudra la collaboration de différents États. Nous ne savons toujours pas l'année de sa mise en service, mais étant si géant, le seul endroit approprié pour sa construction sera le désert. Et là vous le construirez. En anglais gauge symmetries . En espagnol, simetrias gauge ou simetrias de capacité.