structura fractala si BEC
Fizica,  Geometria spatiului

Structura fractala si formarea condensatului Bose-Einstein

In ultimii ani, o trasatura extraordinara si neasteptata in coliziunile cu energie inalta (coliziuni ale particulelor subatomice la viteze extreme, efectuate in principal la CERN) i-a surprins pe fizicienii care lucreaza la scara nucleonica – o structura fractala.

Astfel, este vorba despre un model fractal care fusese observat intermitent in datele experimentale de inalta energie (in special in comportamentul multiplicitatii particulelor fata de energia de coliziune).

Acesta poate fi explicat prin ecuatiile campului Yang-Mills (YMF), care recent s-a dovedit ca prezinta o structura fractala, asa cum sustin autorii studiului.

Aceste teorii care se aplica particulelor subatomice, cum ar fi protonii, electronii si quarcii, apartin categoriei de particule distincte numite fermioni, iar modul in care aceste particule se distribuie in diferite niveluri de energie (cunoscute si sub numele de stari) este descris de statistica Fermi-Dirac.

Este nevoie sa mentionam ca statistica Fermi-Dirac este de obicei inlocuita de statistica clasica Boltzmann, in multe calcule.

Cu toate acestea, s-a constatat ca in coliziunile cu energie inalta, in care se formeaza plasma quarc-gluon, statisticile nu mai respecta ecuatia Boltzmann, ci una diferita numita statistica Tsallis.

Si o legatura directa intre statisticile Tsallis si campurile Yang Mills a fost stabilita recent cand in teoria campurilor Yang-Mills s-a descoperit ca exista o structura fractala.

Mai exact, structura fractala gasita in teoria campurilor Yang-Mills a permis determinarea indicelui de entropie Tsallis q, gasit a fi q=8/7, care concorda cu q=1,14 obtinut prin rezultatele experimentale.

Structura fractala gasita in ecuatiile campurilor Yang-Mills a avut de-a face cu proprietatile sale de scalare, unde bucla dintr-un grafic de ordin superior reprezentand o particula (in mod formal, este reprezentarea ireductibila a unei particule), este identica cu o bucla de ordine inferioara, dupa cum arata figura de mai jos.

structura fractala si ecuatiile campurilor Yang-Mills

Importanta acestor descoperiri si condensatul Bose-Einstein

Acest lucru este extrem de important si util, deoarece ofera o cale de a gasi solutii neperturbative la ecuatiile cromodinamicii cuantice (QCD – quantum chromodynamics, teoria interactiunii puternice dintre quarci mediate de gluoni), care sunt solutionabile numai folosind o teorie iterativa-perturbativa.

Incorporarea statisticilor Tsallis ca parte integranta a teoriei aduce un aspect termodinamic in QCD, facandu-l capabil sa prezica proprietati termodinamice, cum ar fi temperatura critica pentru tranzitia la plasma quarc-gluon.

De asemenea, ofera o ecuatie pentru spectrul de masa a hadronului. Implementarile simetriilor de scalare observate in structura fractala a campurilor Yang-Mills fac posibila intelegerea proprietatilor hadronului, tranzitia de faza in materia hadronica fierbinte, inclusiv stea neutronica si razele cosmice.

Acum, un nou studiu publicat in The European Physical Journal Plus, a extins aceste rezultate pentru a include dinamica bosonilor, particule relativiste cu rotatie zero care impartasesc aceleasi stari cuantice si, prin urmare, nu se pot distinge, spre deosebire de particulele Fermi, care se pot distinge.

Intr-un condensat Bose-Einstein (BEC), particulele se comporta colectiv ca si cum ar fi o singura particula. Autorii acestui studiu se concentreaza pe un aspect tehnic al solutiei ecuatiei Klein-Gordon pentru BEC.

„Teoria fractala explica formarea BEC”, a spus Airton Deppman, profesor la Institutul de Fizica al Universitatii din São Paulo (IF-USP) din Brazilia si cercetator principal al studiului.

structura fractala experiment

Limitari ale teoriei campurilor Yang-Mills

Ar fi o veste buna pentru QCD ca teoriile campurilor renormalizabile conduc la structuri fractale care ar putea fi studiate din punct de vedere termodinamic folosind statisticile Tsallis.

O metoda recursiva ar permite efectuarea de calcule neperturbative pentru a descrie structura si interactiunile particulelor.

In plus, rezultatele prezentate aici ar putea oferi o noua interpretare a statisticilor Tsallis in ceea ce priveste structura fractala.

Structura fractala ar oferi, de asemenea, intelegerea proprietatilor de auto-similaritate si scalare observate in datele experimentale de inalta energie si, asa cum au fost discutate de catre autorii lor, aceste constatari ar fi o consecinta directa a proprietatilor de scalare ale modelului.

Cu toate acestea, nu este clar unde ar aparea structura fractala completa in teoria Yang-Mills, deoarece relatiile recursive nu sunt explicate in lucrarea lor.

Prin urmare, se pare ca este doar o definitie a dimensiunii fractale, in principal, raportul dintre energia medie a componentelor si energia sistemului parinte. In acest sens, se considera ca este putin exagerat sa se sustina ca exista o structura fractala in teoria Yang-Mills.

importanta descoperirilor

Modelul unificat si structura fractala fundamentala din natura

Intre timp, dovezile ca plasma quarc-gluon are o structura fractala se acumuleaza in mod constant.

Dupa cum se mentioneaza in acest articol de Jose Tadeo Arantes, s-a constatat ca atunci cand plasma se dezintegreaza intr-un flux de particule care se propaga in diferite directii, particulele din jeturi se comporta ca cele ale quarcilor si gluonilor din plasma.

Si ceea ce este si mai intrigant, plasma se descompune ca o cascada de reactii cu un model de auto-asemanare – care este o caracteristica fractala – pe mai multe scale.

Aceasta observatie experimentala remarcabila sugereaza o fractalitate fundamentala in natura, care, din perspectiva Modelului Unificat, este incorporata in structura si dinamica spatiului.

Lucrarea viitoare a lui Nassim Haramein, “Scale-Invariant Unification of Forces, Fields and Particles in a Quantum Vacuum Plasma” ofera o aproximare de prim ordin a unui coeficient de scalare fractal utilizand o reprezentare a structurii cristaline cubice centrata pe fata a spatiu-timpului.

„Scalarea fractala rezultata, de la scara Planck la scara universala, gaseste o potrivire surprinzator de periodica pentru a organiza materia in univers. Permite calcularea valorilor exacte care definesc factorii de scalare fundamentali ai interactiunilor fizice. Aplicandu-le pentru raze si mase la scara hadronica, electronica si a Constantei Hubble Ho, aceasta gaseste rezultate in concordanta cu masuratorile curente.” – N.Haramein

teoria unificata a campului si structura fractala

Un singur cadru analitic si o structura fractala a spatiu-timpului

Folosind acesti factori de scalare, autorii lucrarii mentionate mai sus calculeaza o constanta gravitationala G cu o precizie de 10-10 cifre reprezentand o prima solutie analitica pentru G (care este de obicei cunoscuta din experimente doar cu cinci cifre).

Aceasta valoare este confirmata prin calcularea constantei Rydberg, cunoscuta din masuratori cu o precizie de 10-12 cifre, utilizand un factor de scalare cu structura fractala si valoarea derivata a lui G.

Deoarece constanta Planck depinde de valoarea G, oamenii de stiinta sunt acum capabili sa derive toate unitatile Planck la o precizie de 10-10 cifre.

Avand in vedere redefinirea din 2019 a unitatilor de baza din SI si a unitatilor naturale Planck, acestia sunt acum capabili sa unifice toate masuratorile intr-un singur cadru analitic.

Astfel, avand o singura masuratoare, cum ar fi constanta Rydberg, se pot calcula toate celelalte valori cu o precizie de 10-12 cifre. Ei demonstreaza o relatie clara intre scara clasica a constantei gravitationale si spectrele de energie cuantica ale scarii atomice doar din primul principiu al dogmelor teoretice.

Relatia dintre constante prin factorii de scalare calculati este derivata din raportul holografic fundamental Φ, care este nucleul din care apar relatiile recursive.

Aceasta deschide calea catre unificarea fortelor, care sunt scalate pentru a gasi o corelatie directa intre constantele de cuplare a fortelor si raportul holografic Φ la toate scarile.

Toate acestea au ca rezultat unificarea particulelor, constantelor fundamentale si fortelor intr-un cadru teoretic unificat bazat pe o fractalizare a spatiu-timpului definita de un principiu entropic legat de raportul holografic Φ suprafata-volum.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!


Sursa: spacefed.com, sciencedirect.com, resonancescience.org, worldscientific.com.


Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.

                                                                                             

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *



This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.