Krafter förenas av den holografiska principen

Gravitationen är kanske den mest välkända kraften. Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver hur gravitationen fungerar på stora avstånd och hjälper oss förstå hur vårt solsystem håller samman, men på korta avstånd saknas en bra beskrivning av gravitationen. Ett förslag till en sådan beskrivning ges av strängteorin. Här ersätts punktformiga partiklar av mycket små vibrerande strängar. Beroende på hur strängarna vibrerar får de olika egenskaper. Ett av dessa vibrationsmönster ger upphov till den så kallade gravitonen som förmedlar gravitationskraften. På så sätt ger strängteorin oss en bild av hur gravitationen fungerar på mikroskopisk nivå. Matematiken som ligger som grund för strängteorin är dock mycket avancerad och mer studier krävs därför innan vi fullt förstår oss på gravitationskraften.

Den starka kärnkraften binder samman protonerna och neutronerna i atomkärnan. Trots att det finns väl fungerande modeller för att beskriva denna kraft är det många detaljer vi inte förstår. Detta beror på att kärnkraften får partiklar att växelverka mycket kraftfullt med varandra, vilket leder till att det är tekniskt svårt att utföra noggranna beräkningar.

Genom den holografiska principen förenas strängteori med den starka kärnkraften. Denna princip slår fast att en teori som beskriver gravitationens verkan i ett rum också har en likvärdig beskrivning i termer av en annan teori som inte innehåller någon gravitation och som lever på rummets rand. Teorin som lever på rummets rand är av precis den typ som används för att beskriva den starka kraften. Genom att studera den holografiska principen kan vi därmed samtidigt lära oss mer om både gravitationen och den starka kraften.

I sin avhandling studerar Olof Ohlsson Sax en speciell fysikalisk modell, ABJM-modellen, för att förstå den holografiska principen i detalj. ABJM-modellen, som introducerades 2008 av Princeton-fysikern Juan Maldacena och hans medförfattare, ger en precis beskrivning av en särskild form av strängteori och av den motsvarande randteorin.

– En fördel med att studera denna modell är att många beräkningar kan göras exakt, vilket gör att vi kan direkt jämföra resultat i de båda teorierna. Avhandlingen är baserad på fem artiklar där jag beskriver och klassificerar de grundläggande frihetsgraderna hos modellen. Mina resultat är centrala för en djupare förståelse av den holografiska principen och därmed av både gravitation och stark växelverkan, säger Olof Ohlsson Sax.

För mer information kontakta Olof Ohlsson Sax, tel: 018-471 32 44, 0709-85 25 78, olof.ohlsson-sax@physics.uu.se

Läs eller ladda ner avhandlingen [Ref 1] från universitetets hemsida. 
Uppsala universitet – kvalitet, kunskap och kreativitet sedan 1477. Forskning i världsklass och högklassig utbildning till global nytta för samhälle, näringsliv och kultur. Uppsala universitet är ett av norra Europas högst rankade lärosäten. www.uu.se