Parçacık Nedir? En Temel Düzeyde, Evrenin Temel Yapı Taşları Nelerdir?

Basit cevap, hemen tatmin edici olmadığını belli ediyor. Şöyle ki, fotonlar, kuarklar ve diğer "temel" parçacıklar, belli bir altyapıdan ve fiziksel kapsamdan yoksundur. 1970'lerde iki tür kuarkın kütlelerini tahmin eden, Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden Mary Gaillard şöyle diyor:

Temelde bir parçacığı noktaya benzer bir nesne olarak düşünüyoruz.

Yine de parçacıkların, kütle ve yük gibi özellikleri vardır. Boyutsuz bir noktanın nasıl ağırlığı olabilir Massachusetts Institute of Technology'de teorik fizikçi olan Xiao-Gang Wen ise şöyle anlatıyor:

Bunların temel olduklarını söylüyoruz; ancak bu yalnızca öğrencilere 'Sormayın.' demenin bir diğer yolundan ibaret. Çünkü sorunun cevabını bilmiyorum. "Temel parçacıklar" işte, daha fazlasını sormayın.

Herhangi bir nesnenin özellikleri, fiziksel yapısına ve nihayetinde onu oluşturan parçacıklara bağlıdır. Ancak bu parçacıkların özellikleri, kendi bileşenlerinden değil, matematiksel modellerden türemiştir. Matematik ve gerçeklik arasındaki bağlam noktaları olarak, parçacıklar her iki dünyayı da belirsiz bir temelle kapsar.

Geçenlerde bir düzine parçacık fizikçisine, bir parçacığın ne olduğunu sorulduğunda, oldukça çeşitli cevaplar verdiler. Cevaplarının, gerçeğin farklı yönlerine değinmesine binaen, çelişkili olmadığını vurguladılar. Ayrıca bugün temel fizikte parçacıkların daha tatmin edici, her şeyi kapsayan bir modelini arayan iki büyük araştırma hamlesini tanımladılar. Wen şöyle diyor:

"Parçacık nedir?" kesinlikle çok ilginç bir soru. Günümüzde bu yönde ilerleme var. Birleşik bir bakış açısı (konsensüs) olduğunu söyleyemem ancak birkaç farklı bakış açısı var ve hepsi ilginç görünüyor.

Parçacıkların Ne Olduğuna Yönelik Görüşler

Parçacık, çökmüş bir dalga fonksiyonudur.

Doğanın temel yapı taşlarını anlama arayışı, Antik Yunan filozofu Demokritos'un bu tarz yapı taşları olduğunu iddia etmesiyle başladı. İki bin yıl sonra Isaac Newton ve Christiaan Huygens, ışığın parçacıklardan mı dalgalardan mı oluştuğunu tartıştılar. Bu tartışmadan yaklaşık 250 yıl sonra kuantum mekaniğinin keşfi, her iki aydını da haklı çıkardı: Işık, hem parçacık hem dalga olarak davranan, "foton" olarak bilinen, ayrık enerji paketleri halinde gelir.

Quanta Magazine

Dalga-parçacık ikiliğinin, derin bir tuhaflığın işareti olduğu ortaya çıktı. Kuantum mekaniği, 1920'lerdeki kaşiflerine, fotonların ve diğer kuantum nesnelerinin en iyi dalgalar veya parçacıklar olarak değil; parçacığın çeşitli özelliklere sahip olma olasılığına işaret eden, soyut ve gelişen bir matematiksel fonksiyon olan "dalga fonksiyonu" olarak tanımlanabileceğini göstermiştir.

Bir elektronu temsil eden bir dalga fonksiyonu, diyelim ki, uzamsal olarak yayılıyor, neticede elektron belirli bir konumdan ziyade olası konumlara sahip olur. Fakat bir şekilde, garip bir şekilde, elektronun hareket ettiği yere bir detektör yerleştirir ve elektronun konumunu ölçmeye kalkarsanız, elektronun dalga fonksiyonu aniden bir noktaya "çökecek" ve parçacık, detektörde o noktada tespit edilecektir. Bu nedenle parçacık, çökmüş bir dalga fonksiyonudur.

Gözlemleyemediğimiz ancak matematiksel bir formül olarak ifade ettiğimiz dalga fonksiyonu ve detektörde tespit edilen sonuç.

Peki bu ne anlama geliyor? Neden gözlemler geniş bir matematiksel fonksiyonun çökmesine ve somut bir parçacık oluşturmasına sebep oluyor? Ve ölçüm sonuçlarını ne belirliyor? Bu soruların üzerinden yaklaşık bir yüzyıl geçti; ancak fizikçilerin hala bir fikri yok.

Parçacık, bir alanın "kuantum" uyarılmasıdır.

Vaziyet, kısa sürede daha da tuhaflaştı. 1930'larda fizikçiler, birçok tekil fotonun dalga fonksiyonlarının birleşik elektrik ve manyetik alanlar boyunca yayılan tek bir dalga gibi davrandığını buldular; tam da James Clerk Maxwell'in 19. yüzyılda tasvir ettiği gibi...

James Clerk Maxwell, ışığın elektromanyetik bir radyasyon olduğunu ifade etmişti. Araştırmacılar, klasik alan teorisini nicelleştirebildiklerini, alanları sınırlayabildiklerini ve böylece bu alanların "quanta" (nicelik) olarak bilinen ayrı miktarlarda salınım yapabildiklerini buldular. Fotonlara ek olarak, Paul Dirac ve diğerleri bu fikrin, elektronlara ve diğer her şeye genişletilebileceğini keşfettiler: Kuantum alan teorisine göre, parçacıklar bütün boşluğu dolduran kuantum alan uyarılmalarıdır.

Quanta Magazine

Kuantum alan teorisi, daha bu temel alanların varlığını varsayarken parçacıkları statüden arındırdı ve bu alanları dalgalandıran enerji parçaları olarak nitelendirdi. Yine de, her yerde var olan alanların varlığı fikrinin ontolojik ağırlığına rağmen, kuantum alan teorisi parçacık fiziğinin ortak dili haline geldi; çünkü bu teori, araştırmacıların parçacıklar etkileştiğinde ne olduğunu son derece hassas bir şekilde hesaplamalarına imkan sağlıyordu. Parçacık etkileşimleri, en temel düzeyde, her şeyin oluşma şeklidir!

Fizikçiler, doğanın parçacıklarını ve bunların ilişkili alanlarını keşfettikçe, paralel bir bakış açısı gelişti. Bu parçacıkların ve alanların özelliklerinin sayısal modelleri takip ettiği görüldü. Fizikçiler, bu modelleri genişleterek, daha fazla parçacığın varlığını tahmin edebildiler. Stanford Üniversitesi'nden, fahri profesör ve parçacık fizikçisi olan Helen Quinn şöyle anlatıyor:

Gözlemlediğiniz modelleri matematiğe döktüğünüzde, matematik öngörücüdür; size gözlemleyebileceğinizden daha fazla şeyi anlatır.

Modeller, ayrıca bize parçacıkların gerçekte ne olduğuna dair daha soyut ve potansiyel olarak daha derin bir perspektif önerdi.

Parçacık, bir grubun indirgenemez bir temsilidir.

Mark Van Raamsdonk, Princeton Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisi olarak kuantum alan teorisi üzerine aldığı ilk dersin başlangıcını hatırlıyor. Profesör içeri girdi, öğrencilere baktı ve "Parçacık nedir?" diye sordu.

Akıllı bir sınıf arkadaşı, "Poincaré grubunun indirgenemez bir temsilidir." diye yanıtladı.

Quanta Magazine

Görünüşe göre bu doğru tanımı genel bilgi olarak kabul eden profesör, herhangi bir açıklama yapmaya lüzum görmedi ve anlaşılması güç bir dizi derse başladı. Şu anda British Columbia Üniversitesi'nde saygın bir teorik fizikçi olan Van Raamsdonk, "O dönem boyunca dersten tek bir şey öğrenmedim." diyor.

Bu, bilge insanların standart, derin cevabıdır: Parçacıklar, nesnelere yapılabilecek dönüşümler dizisi olan "simetri gruplarının" "temsilleridir".

Örneğin bir eşkenar üçgeni ele alalım. 120 veya 240 derece döndürmek veya çizgi boyunca her köşeden karşı tarafın orta noktasına yansıtmak veya hiçbir şey yapmamak, üçgeni eskisi gibi bırakır. Bu altı simetri, bir grup oluşturur. Grup, bir eşkenar üçgenin koordinatları ile çarpıldığında, aynı koordinatları veren matematiksel matrisler dizisi olarak ifade edilebilir. Böyle bir matris seti, simetri grubunun bir "temsilidir".

Samuel Velasco

Benzer şekilde, elektronlar, fotonlar ve diğer temel parçacıklar, belirli bir grup tarafından harekete geçirildiğinde, temelde aynı kalan nesnelerdir. Yani, parçacıklar Poincaré grubunun temsilleridir: uzay-zaman sürekliliği içinde hareket etmenin 10 yolundan oluşan bir grup... Nesneler üç uzamsal yönde kayabilir veya zaman içinde kayabilir; ayrıca üç yönde dönebilir veya bu yönlerden herhangi birinde güçlendirilebilirler. 1939'da matematiksel fizikçi Eugene Wigner, parçacıkları; kaydırılması, döndürülmesi ve güçlendirilmesi mümkün olan en basit nesneler olarak tanımladı.

Wigner, bir nesnenin bu 10 Poincaré dönüşümü altında uygun bir şekilde dönüşmesi için, belli minimum özelliklere sahip olması gerektiğini ve parçacıkların bu özelliklere sahip olduğunu fark etti. Bunlardan biri enerjidir. Esasında enerji, nesne zaman ekseni içinde yaptığı harekette aynı kalan özelliktir. Momentum, nesnenin boşlukta hareket etmesiyle (konum değiştirmesiyle) aynı kalan özelliktir.

Parçacıkların uzaysal dönme ve yükseltme kombinasyonları altında nasıl değiştiğini belirtmek için, üçüncü bir özelliğe ihtiyaç vardır (bunlar, hep birlikte, uzay-zamandaki rotasyonlarıdır). Bu anahtar özellik "spin"dir. Wigner’ın çalışması sırasında, fizikçiler parçacıkların spinleri olduğunu biliyorlardı. Parçacıkların davranışının birçok yönünü belirleyen, bir tür içsel açısal momentum olan spin, parçacıkların madde (elektronlar gibi) gibi mi yoksa bir kuvvet (fotonlar gibi) gibi mi davrandığını belirler. Princeton, New Jersey'deki Institute for Advanced Study'de parçacık fizikçisi olan Nima Arkani-Hamed şöyle diyor:

Wigner esasında spin'in, parçacıkların sahip olduğu bir etiket olduğunu gösterdi.

Poincaré grubunun farklı temsilleri, farklı sayıda spin değerine veya dönüşlerden etkilenen farklı serbestlik derecelerine sahip parçacıklardır. Örneğin, üç spin serbestlik derecesine sahip parçacıklar vardır. Bu parçacıklar, aşina olduğumuz üç boyutlu nesnelerle aynı şekilde döner. Aynı zamanda tüm madde parçacıkları, farklı şekilde dönen "spin-up" ve "spin-down" isimli iki spin serbestliğine sahiptir. Bir elektronu 360 derece döndürürseniz, iki boyutlu bir Möbius şeridi etrafında hareket ettirildiğinde ters yönü gösteren bir ok gibi, ters dönmüş hale gelir.

Quanta Magazine

Bir ve beş spin değerine sahip temel parçacıklar da doğada görünür. Poincaré grubunun sadece dört spin değerli bir temsili eksik gibi görünüyor.

Temel parçacıklar ve temsil grupları arasındaki tekabüliyet o kadar muntazam ki, Van Raamsdonk'un hocası olan profesör gibi bazı fizikçiler, onları eş kabul ediyor. Diğerleri ise bunu bir örtüşme olarak görüyor. Nobel ödüllü parçacık teorisyeni ve Harvard Üniversitesi ile Boston Üniversitesi'nde fahri profesör olan Sheldon Glashow şöyle diyor:

Temsil grubu, parçacık değildir; temsil, parçacığın belirli özelliklerini açıklamanın bir yoludur. İkisini karıştırmayalım.

Parçacıkların birçok katmanı vardır.

Bir ayrım olsun ya da olmasın, parçacık fiziği ve grup teorisi arasındaki ilişki, 20. yüzyıl boyunca hem daha kapsamlı hem de daha karmaşık hale geldi. Keşifler, temel parçacıkların yalnızca uzay-zamanda gezinmek için gereken minimum "etiketlere" sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda fazladan, biraz da gereksiz etiketlere de sahip olduğunu gösterdi.

Aynı enerjiye, momentuma ve spine sahip parçacıklar, 10 Poincaré dönüşümü altında aynı şekilde davranırlar; ancak başka şekillerde farklılık gösterebilirler. Örneğin, farklı miktarlarda elektrik yükü taşıyabilirler. Quinn'in ifadesiyle, 20. yüzyılın ortalarında "parçacıklardan oluşan hayvanat bahçesinin tamamı" keşfedildiğinde, "renk" ve "tat" olarak adlandırılan yeni etiketler gerektiren, ek ayrımlara sahip parçacıklar ortaya çıktı.

Quanta Magazine

Renk olarak bilinen özelliği ele alalım: 1960'larda fizikçiler, atom çekirdeğinin temel bileşenleri olan kuarkların, "kırmızı", "yeşil" ve "mavi" olarak adlandırdıkları üç olası durumun olasılıksal bir kombinasyonunda var olduğunu tespit ettiler. Bu durumların gerçek renkle veya algılanabilir duyusal özelliklerle hiçbir alakası yok. Önemli olan, etiketlerin sayısıdır: Kuarklar, üç etiketiyle birlikte, üç etiketi matematiksel olarak karıştırmanın sonsuz sayıda yolundan oluşan SU(3) adı verilen bir dönüşüm grubunun temsilleridir.

"Renkli" parçacıklar, SU(3) simetri grubunun temsili iken, "tat" ve elektrik yükü gibi içsel özelliklere sahip parçacıkların temsilleri, sırasıyla SU(2) ve U(1) simetri gruplarına aittir. Böylece, parçacık fiziğinin Standart Modeli'nin, yani bilinen tüm temel parçacıkların kuantum alan teorisi ve etkileşimlerini açıklayan modelin, genellikle üç alt gruptaki simetri işlemlerinin tüm kombinasyonlarından oluşan SU(3) × SU(2) × U(1) simetri grubunu temsil ettiği söylenebilir. (Bu parçacıkların Poincaré grubu altında da dönüştüğü gerçeği, görünüşe göre bahsetmeye değmeyecek kadar açıktır!)

Standart Model, geliştirilmesinden yarım yüzyıl sonra hüküm sürmeye devam etti. Yine de bu model, halen evrenin eksik bir tanımıdır. En önemlisi, kuantum alan teorisinin tam olarak anlamlandıramadığı yer çekimi kuvvetine model de açıklama getiremiyor. Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi, yer çekimini uzay-zaman dokusundaki eğriler olarak, ayrı bir şekilde tanımlar. Dahası, Standart Modelin üç parçalı SU (3) × SU (2) × U (1) yapısı bazı soruları da gündeme getiriyor. Dimitri Nanopoulos'un ifadesiyle: "Tüm bunlar da nereden geldi böyle?" Teksas A&M Üniversitesi'nde Standart Modelin ilk günlerinde aktif olan parçacık fizikçisi Nanopoulos şöyle anlatıyor:

Tamam, farz edelim ki bu model çalışıyor. Bu "şey" ne peki, burada üç grubun da olmasına imkan yok. Bence "Tanrı" bile, bundan daha iyi bir önermedir.

Parçacıklar, titreşen "sicimler" olabilir!

1970'lerde Glashow, Nanopoulos ve diğerleri, SU (3), SU (2) ve U (1) simetrilerini tek ve daha büyük bir dönüşüm grubuna yerleştirmeyi denediler; bu fikir, parçacıkların evrenin başında yer alan daha büyük ve tek bir simetri grubunun temsilleri olduğu temeline dayanıyordu. (Simetriler kırıldıkça, komplikasyonlar ortaya çıkıyordu.) Böyle bir "büyük birleşik teori" için en doğal aday SU(5) adlı bir simetri grubuydu, ancak deneyler kısa süre sonra bu seçeneği geçersiz kıldı. Diğer, daha az makul olasılıklar elde kaldı.

Quanta Magazine

Araştırmacılar, sicim teorisine daha da büyük umutlar bağladılar: Parçacıklara yeterince yakınlaşırsanız, noktaları değil, tek boyutlu titreşen sicimleri göreceğiniz fikrine... Ayrıca, sicim teorisine göre, aşina olduğumuz dört boyutlu uzay-zaman dokumuzun her noktasında sicim teorisinin kıvrıldığını söylediği altı ekstra uzamsal boyutu da görebiliriz.

Küçük boyutların geometrisi, sicimlerin özelliklerini ve dolayısıyla makroskopik dünyayı belirler. Kuarkların "rengini" dönüştüren SU(3) dönüşümleri gibi, parçacıkların "iç" simetrileri fiziksel anlam kazanır: Bu işlemler, tıpkı spinin büyük boyutlardaki dönüşleri yansıtması gibi, sicim bakış açısındaki küçük uzaysal boyutlardaki spinler ile eşlenir. Nanopoulos, şöyle diyor:

Geometri size simetri verir, parçacıklar verir ve bunların tümü bir arada gelir.

Bununla birlikte, herhangi bir dizge veya ekstra boyut varsa, bunlar deneysel olarak tespit edilemeyecek kadar küçüktür. Bunların yokluğunda başka fikirler de yeşerdi. Son on yılda, özellikle iki yaklaşım modern temel fizikteki en parlak beyinleri cezbetti. Her iki yaklaşım da parçacıklara olan yaklaşımı yeniden tazelemekte.

Parçacıklar, Kübit okyanusunun deformasyonudur.

Bu araştırma çabalarından ilki, "it-from-qubit" (Kübitten oluşuyor) sloganıyla ortaya çıkmıştır. Bu slogan, evrendeki her şeyin -tüm parçacıkların yanı sıra, bu parçacıkların bir çörek içindeki yaban mersini gibi konumlandığı uzay-zaman kumaşının- kuantum bilgi bitlerinden veya kübitlerden ortaya çıktığı hipotezini ifade eder.

Kübitler (İng: "qubit"), 0 ve 1 olarak etiketlenmiş iki durumun olasılıksal kombinasyonlarıdır (Kübitler, tıpkı bitlerin transistörlerde depolanabildiği gibi, fiziksel sistemlerde saklanabilir; ancak bunları, bilginin kendisinden daha ziyade, daha soyut ifadeleri olarak düşünebilirsiniz.) Birden çok kübit olduğunda, kübitlerin olası durumları birbirine karışabilir; böylece her birinin durumu diğerlerinin durumuna bağlıdır. Bu olasılıklar aracılığıyla, az sayıda dolaşık kübit, büyük miktarda bilgiyi kodlayabilir.

Quanta Magazine

Kübitten evren anlayışında, parçacıkların ne olduğunu anlamak istiyorsanız, önce uzay-zamanı anlamanız gerekir. 2010 yılında, it-from-qubit fikrinin bir parçası olan Van Raamsdonk, çeşitli hesaplamaların ne ifade ettiğini açıkça ortaya koyan etkili bir makale yazdı. Dolaşık kübitlerin uzay-zaman kumaşını birbirine "dikebileceğini" savundu.

Onlarca yıl öncesine dayanan hesaplamalar, düşünce deneyleri ve basitleştirilmiş denklem kümeleri, uzay-zamanın "holografik" özelliklere sahip olduğunu öne sürüyor: Bir uzay-zaman bölgesi hakkındaki tüm bilgileri, daha az bir boyutta - genellikle bölgenin yüzeyinde - serbestlik dereceleri olarak kodlamak mümkündür. Van Raamsdonk, şöyle diyor:

Son 10 yılda, bu kodlamanın nasıl çalıştığı hakkında çok daha fazla şey öğrendik.

Fizikçiler için bu holografik ilişki hakkında en şaşırtıcı ve büyüleyici olan şey, uzay-zamanın yer çekimini içerdiği için bükülebilir olmasıdır. Ancak bu bükülebilir uzay-zaman hakkındaki bilgileri kodlayan düşük boyutlu sistem, herhangi bir eğrilik, yer çekimi ve hatta geometri hissinden yoksun, tamamen kuantum bir sistemdir. Dolaşık kübitlerden oluşan bir sistem olarak düşünülebilir.

It-from-qubit hipotezine göre, uzay-zamanın özellikleri -kuvveti, simetrileri- esasen 0 ve 1'lerin birbirine örülme biçiminden gelir. Yerçekiminin kuantum tanımlaması için uzun süredir devam eden arayış, gerçek evrende bulunan belirli türdeki uzay-zaman dokusunu kodlayan kübit dolaşıklık modelini tanımlama meselesi haline geliyor.

Şimdiye kadar, araştırmacılar, negatif kavisli, eyer şeklindeki uzay-zamana sahip model evrenlerde tüm bunların nasıl çalıştığı hakkında çok daha fazla şey biliyorlardı; çoğunlukla birlikte çalışmaları, nispeten kolay olması nedeniyledir. Evrenimiz, aksine, pozitif kavislidir. Ancak araştırmacılar, negatif eğimli uzay-zamanın bir hologram gibi ortaya çıktığı her seferinde, parçacıkların olmadık nedenle ortaya çıkmasını şaşırarak keşfettiler. Yani, bir kübit sistemi uzay-zamanın bir bölgesini holografik olarak kodladığında, daha yüksek boyutlu dünyada yüzen yerel enerji bitlerine karşılık gelen kübit dolanma modelleri her daim vardır.

Van Raamsdonk, daha da önemlisi, kübitler üzerindeki cebirsel işlemlerin uzay-zaman açısından çevrildiğinde, "tıpkı parçacıklara etki eden dönüşler gibi davrandığını" söylüyor:

Bu yerçekimsiz kuantum sistemi tarafından kodlanan bir model olduğunu anlıyorsunuz ve bir şekilde bu kodda, eğer kodunu çözebilirseniz, size başka bir uzayda parçacıklar olduğunu söyleniyor.

Raamsdonk şöyle diyor:

Holografik uzay-zamanın her zaman bu parçacık durumlarını içeriyor olması gerçeği, aslında bu holografik sistemleri diğer kuantum sistemlerinden ayıran en önemli şeylerden biridir. Bence holografik modellerin bu özelliğe sahip olmasının nedenini kimse gerçekten anlamıyor.

Tıpkı tanıdık hologramların uzamsal modellerden yansıdığı gibi, holografik evreni yaratan bir tür uzamsal düzenlemeye sahip kübitleri resmetmek cazip geliyor. Ama aslında, kübitlerin ilişkileri ve karşılıklı bağımlılıkları çok daha soyut olabilir ve hiçbir gerçek fiziksel düzenlemeye sahip olmayabilir. Kara deliklerin kuantum bilgi içeriğini hesapllayarak kısa bir süre önce New Horizons in Physics ödülü kazanan, MIT fizikçisi Netta Engelhardt şöyle diyor:

Belirli bir alanda var olan bu 0'lar ve 1'ler hakkında konuşmanıza gerek yok. 0'ların ve 1'lerin soyut varlığından ve bir operatörün 0'lar ve 1'ler üzerinde nasıl hareket edebileceğinden bahsedebilirsiniz ve bunların hepsi çok daha soyut matematiksel ilişkilerdir.

Anlaşılması gereken daha çok şey olduğu açık. Ama kübitten gelen model doğruysa, o zaman parçacıklar tıpkı uzay-zaman gibi hologramlardır. En doğru tanımları da kübit cinsindendir.

Parçacıklar, detektörlerde ölçtüklerimizdir.

Kendilerini "genlik bilimci" (İng: "Amplitudeologist") olarak adlandıran başka bir araştırmacı grubu ise, spot ışığını tekrar parçacıkların üstüne çekmeye çalışıyor.

Bu araştırmacılar, parçacık fiziğinin şu anki dili olan kuantum alan teorisinin çok fazla karmaşık bir hikaye anlattığını iddia ediyorlar. Fizikçiler, gerçekliğin en temel hesaplanabilir özelliklerinden bazıları olan "saçılma genlikleri" adı verilen temel formülleri hesaplamak için, kuantum alan teorisini kullanırlar. Parçacıklar çarpıştığında, genlikleri parçacıkların nasıl şekil değiştirebileceğini veya saçılabileceğini gösterir. Parçacık etkileşimleri, dünyayı yaratır, bu nedenle fizikçilerin dünyaya ilişkin tanımlarını test etme yöntemi, saçılma genlik formüllerini, Avrupa'daki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık hızlandırıcı deneylerindeki parçacık çarpışmalarının sonuçlarıyla karşılaştırmaktır.

Normalde, genliği hesaplamak için, fizikçiler sistematik olarak; kuantum alanları boyunca yankılanabilecek, çarpışan dalgaların bütün olası yollarını, çarpışma bölgesinden uzaklaşan kararlı parçacıklar üretmeden önce, hesaplarlar. Garip bir şekilde, yüzlerce sayfalık cebir içeren hesaplamalar, genellikle sonunda tek satırlık bir formül verir.

Genlik bilimciler, alan modelinin daha basit matematiksel kalıpları engellediğini iddia ediyorlar. Bu girişimin liderlerinden biri olan Arkani-Hamed, kuantum alanlarını "uygun bir kurgu" olarak adlandırıyor:

Fizikte çoğu zaman bir biçimciliği somutlaştırma hatasına düşüyoruz. Gerçek olanın kuantum alanları ve parçacıkların uyarılmalar olduğunu söylemeye başladık. Sanal parçacıklardan, tüm bunlardan bahsediyoruz ama bunlar, herhangi birinin dedektörüne gidip "tık, tık, tık" şeklinde sonuçlar vermiyor.

Genlikologlar, parçacık etkileşimlerinin matematiksel olarak daha basit ve daha gerçek bir modelinin var olduğuna inanıyorlar.

Bazı durumlarda, Wigner’in parçacıklar üzerine grup teorisi perspektifinin, kuantum alanlarının her zamanki ayrıntılarından biri olmaksızın etkileşimleri açıklayacak şekilde genişletilebileceği de fikirler arasında yer alıyor.

SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda önde gelen bir genlik uzmanı olan Lance Dixon, araştırmacıların Wigner tarafından incelenen Poincaré rotasyonlarını, bir parçacığın ikiye bölünmesini açıklayan bir formül olan "üç noktalı genliği" kullandıklarını açıkladı. Ayrıca, üç noktalı genliklerin, giderek daha fazla parçacığı içeren dört ve daha yüksek noktalı genliklerin yapı taşları görevi gördüğünü de gösterdiler. Bu dinamik etkileşimler, temel simetrilerden yola çıkılarak inşa ediliyormuş gibi görünüyor.

Dixon'a göre "en havalısı", yer çekiminin varsayılan taşıyıcıları olan gravitonları içeren saçılma genliklerinin, kuarkları birbirine yapıştıran partiküller olan gluonları içeren genlik karelerine dönüşmesi. Gluonlar uzay-zamanın içinde hareket ederken yer çekimini direkt olarak uzay-zaman dokusuyla ilişkilendiririz. Yine de gravitonlar ve gluonlar görünüşe göre aynı simetrilerden kaynaklanıyor. Dixon, şöyle diyor:

Bu çok tuhaf ve elbette niceliksel ayrıntıları tam olarak anlaşılmadı, çünkü modelleri çok farklı.

Bu arada Arkani-Hamed ve meslektaşları, iç hacmindeki parçacık saçılma genliklerini kodlayan, geometrik bir nesne olan amplitühedron gibi doğrudan cevabı veren tamamen yeni matematiksel aygıtlar tasarladılar. Uzay-zamanda çarpışan ve sebep-sonuç zincir reaksiyonlarını başlatan parçacıkların resmi geride kaldı. Arkani-Hamed, şöyle diyor:

Bize otomatik olarak [nedensel] özellikler veren Platonik fikir dünyasında bu nesneleri bulmaya çalışıyoruz. "O zaman, "Aha, şimdi bu resmin neden evrim olarak yorumlanabileceğini anlayabiliyorum" diyebiliriz.

"It-from-qubit" ve "Amplitudeology" hipotezlere büyük sorulara o kadar farklı yaklaşıyor ki, iki modelin birbirini tamamladığını veya çeliştiğini söylemek zor. Engelhardt şöyle diyor:

En nihayetinde, kuantum yerçekiminin bazı matematiksel yapıları var ve hepimiz onu parçalıyoruz." "Parçacık nedir?" sorusunun daha sofistike hali olan "En temel düzeyde, evrenin temel yapı taşları nelerdir?" sorusunu yanıtlamak için, bir kuantum yer çekimi ve uzay-zaman teorisine ihtiyacımız var.

Bu sorunun en kısa cevabı halen şu: "Bilmiyoruz."