NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-150-quantumruimte-tijd-verkennen-met-wilson-loops/

Geprint op :
14 december 2018
10:30:47

Hoe ziet de quantumruimte-tijd eruit? Voorspellingen voor quantumzwaartekracht en ruimte-tijd worden onderzocht in een Nijmeegs project in het FOM-netwerk.

Onderzoek aan quantumzwaartekracht - de nog altijd ongrijpbare quantumtheorie onder de algemene relativiteitstheorie van Einstein - kent een lange en sterke traditie in Nederland. In tegenstelling tot de andere bekende fundamentele wisselwerkingen in de natuur, waarvan de dynamica plaatsheeft op de achtergrond van een inerte, onveranderlijke ruimte-tijd, beschrijft de zwaartekracht de dynamica van ruimte-tijd zelf. Dit kan verklaren waarom standaard zogeheten perturbatieve methoden om de quantumdynamica van het zwaartekrachtveld en de structuur van quantumruimte-tijd te beschrijven, niet werken op de ultrakorte Planckschaal, het rijk van de quantumzwaartekracht. Gelukkig zijn er alternatieve niet-perturbatieve kandidaattheorieen geformuleerd.

'Quantumobservabelen'
Quantumruimte-tijd is naar verwachting zeer fluctuerend en lijkt mogelijk helemaal niet op de vertrouwde gladde ruimte-tijd die we op schalen van alledag waarnemen. Niet alleen kan hij gekromd en hobbelig zijn, maar het is volkomen onduidelijk of begrippen als ruimte, tijd en causale volgorde – cruciaal om klassieke ruimte-tijd te beschrijven – betekenis hebben op de Planckschaal. Mogelijk moeten ze worden vervangen door andere, fundamentelere structuren. Om dat uit te vinden speuren de onderzoekers naar grootheden waarmee de quantumgeometrie van ruimte-tijd kwantitatief te beschrijven is. Het meten van deze 'observabelen' is de quantumtegenhanger van het bepalen van de kromming van ons heelal met behulp van astrofysische metingen.

Wilson loops
Er zijn maar heel weinig observabelen voor niet-perturbatieve quantumzwaartekracht bekend. Een moeilijkheid is het ontbreken van een gefixeerde metrische achtergrondstructuur, als referentie voor te verrichten metingen. Dit soort obstakels kan worden overwonnen in causal dynamical triangulations. Deze benadering levert ook een expliciet rekenraamwerk om met numerieke simulaties observabelen in te voeren en te meten. Een prachtig voorbeeld zijn de Wilson loop -observabelen, bekend van hun gebruik in ijktheorie. Onderzoekers bij de Radboud Universiteit beschouwden lange gesloten paden die de hele quantumruimte-tijd doorkruisen en maten langs die paden de quantumverwachtingswaarden van bepaalde geometrische integralen, de zogeheten Wilson loops . De resultaten laten zien dat deze observabele niet-perturbatief bestaat en dat de gemeten quantumkromming op alle schalen groot is. Dat geeft weer extra informatie over hoe quantumruimte-tijd er uitziet.

Publicaties
➥ publicatie in Phys.Rev.D.: bit.ly/1TkMHrO
➥ voordracht Pirsa: bit.ly/1TOEiLs
➥ artikel Volkskrant: bit.ly/1oMgigf