1988 frågade John Cardy om det fanns en c-teorem i fyra dimensioner. Nu - ett kvart århundrade senare - verkar det som om han hade rätt.
”Det visas att för d jämnt definierar enpunktsfunktionen för spänningen för spänningstännaren på sfären, Sd, när det är lämpligt reglerat, definierar en c-funktion, som åtminstone till en slingorordning minskar längs RG-bana och är stationär vid RG-fasta punkter, där den är proportionell mot den vanliga konforma anomalin. ” sa Cardy. "Det visas att förekomsten av en sådan c-funktion, om den uppfyller dessa egenskaper till alla beställningar, överensstämmer med det förväntade beteendet hos QCD i fyra dimensioner."
Hans spekulation är a-teoremet ... en mängd vägar där kvantfält kan vara energiskt upphetsade (a) är alltid större vid höga energier än vid låga energier. Om denna teori är korrekt, kommer den sannolikt att förklara fysiken utöver den nuvarande modellen och kasta ljus på eventuella okända partiklar som ännu inte har avslöjats av Large Hadron Collider (LHC) vid CERN, Europas partikelfysiklaboratorium nära Genève, Schweiz.
"Jag är glad om beviset visar sig vara korrekt", säger Cardy, en teoretisk fysiker vid University of Oxford, Storbritannien. "Jag är helt förvånad över antagandet som jag gjorde 1988 stod upp."
Enligt teoretikerna Zohar Komargodski och Adam Schwimmer från Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel, presenterades beviset på Cardys teorier i juli 2011 och får långsamt ryktet bland vetenskapsmiljön eftersom andra teoretiska fysiker noterar hans arbete.
"Jag tror att det är mycket troligt att det stämmer," säger Nathan Seiberg, en teoretisk fysiker vid Institute of Advanced Study i Princeton, New Jersey.
Kvantteorifältet står alltid på skakig mark ... det verkar som att ingen kan vara 100% noggrann på sina gissningar om hur partiklar ska bete sig. Enligt Natur nyhetsmeddelande, ett exempel är kvantkromodynamik - teorin om den starka kärnkraften som beskriver interaktioner mellan kvarkar och gluoner. Den bristen lämnar fysiker som kämpar för att relatera fysik på den högenergiska, korta avståndskvallen av kvarkar till fysiken på längre avstånd, lägre energiskala, som protoner och neutroner.
"Även om mycket arbete har gått för att relatera korta och långa avståndskalor för specifika kvantfältsteorier, finns det relativt få allmänna principer som gör detta för alla teorier som kan existera," säger Robert Myers, en teoretisk fysiker vid Perimeter Institute i Waterloo, Kanada.
Men Cardys a-teorem kan vara svaret - i fyra dimensioner - rymdens tre dimensioner och tidens dimension. Men 2008 fann två fysiker ett motexempel på en kvantfältteori som inte följde regeln. Men stanna inte där. Två år senare utvärderade Seiberg och hans kollegor motexemplet och upptäckte fel. Dessa resultat ledde till fler studier av Cardys arbete och gjorde det möjligt för Schwimmer och Komargodski att ange deras antaganden. Återigen är det inte perfekt och vissa områden behöver ytterligare förtydligande. Men Myers tycker att beviset är korrekt. "Om detta är ett fullständigt bevis blir detta en mycket kraftfull princip," säger han. "Om det inte är det, är det fortfarande en allmän idé som håller det mesta av tiden."
Enligt Natur, Ken Intriligator, en teoretisk fysiker vid University of California, San Diego, håller med och lägger till att medan matematiker kräver bevis för att vara vattentäta, tenderar fysikerna att vara nöjda med bevis som verkar mestadels rätt, och fascinerade av alla vägar som ska eftersträvas i mer djup. Matt Strassler, en teoretisk fysiker vid Rutgers University i New Brunswick, New Jersey, skrev på sin blogg den 9 november och beskrev beviset som ”slående” eftersom hela argumentet följer när en elegant teknisk idé har upprättats.
Med Cardys teori mer noggrant testad är chansen att den kommer att tillämpas mer universellt inom områdena kvantfältsteorier. Detta kan förena fysik, inklusive supersymmetriområdet och hjälpa resultaten med LHC. A-teoremet "kommer att vara ett vägledande verktyg för teoretiker som försöker förstå fysiken", förutspår Myers.
Pehaps Cardys arbete kommer till och med att utvidgas till fysik i kondenserad materia, ett område där kvantfältsteorier används för att belysa nya materialtillstånd. Det enda problemet är a-teoremet har endast haft bevis i två och fyra dimensioner - där några få fysiska områden med kondenserad materia omfattar lager som bara innehåller tre dimensioner - två i rymden och en i tid. Myers säger emellertid att de kommer att fortsätta arbeta med en version av teoremet i udda dimensioner. "Jag hoppas bara att det inte kommer att ta ytterligare 20 år," säger han.
Original historikälla: Nature News Release. För vidare läsning: Om renormaliseringsgruppflöden i fyra dimensioner.
