„Dies bietet einen natürlichen Rahmen oder Abrechnungsmechanismus für die Zusammenstellung einer sehr großen Anzahl von Feynman-Diagrammen“, sagte Marcus Spradlin, ein Physiker an der Brown University, der mit den neuen Oberflächenologie-Tools vertraut geworden ist. „Es gibt eine exponentielle Verdichtung von Informationen.“
Im Gegensatz zum Amplituhedron, das exotische Teilchen benötigte, um ein Gleichgewicht namens Supersymmetrie herzustellen, gilt die Oberflächentheorie für realistischere, nicht supersymmetrische Teilchen. „Es ist völlig agnostisch. Supersymmetrie ist ihm völlig egal“, sagte Spradlin. „Für einige Leute, mich eingeschlossen, war es meiner Meinung nach wirklich eine Überraschung.“
Die Frage ist nun, ob dieser neue, primitivere geometrische Ansatz der Teilchenphysik es theoretischen Physikern ermöglichen wird, die Grenzen von Raum und Zeit vollständig zu überschreiten.
„Wir mussten etwas Magie finden, und vielleicht ist es das“, sagte Jacob Bourjaily, ein Physiker an der Pennsylvania State University. „Ich weiß nicht, ob dadurch die Raumzeit entfernt wird.“ Aber das ist das erste Mal, dass ich eine Tür sehe.
Das Problem mit Feynman
Figueiredo verspürte in den letzten Monaten der Pandemie das Bedürfnis nach neuer Magie. Sie beschäftigte sich mit einer Aufgabe, die Physiker seit mehr als 50 Jahren herausgefordert hatte: vorherzusagen, was passieren würde, wenn Quantenteilchen kollidierten. In den späten 1940er Jahren brauchten drei der klügsten Köpfe der Nachkriegszeit – Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga und Richard Feynman – jahrelange Bemühungen, um das Problem elektrisch geladener Teilchen zu lösen. Ihr letztendlicher Erfolg würde ihnen einen Nobelpreis einbringen. Feynmans Schema war das anschaulichste und dominierte daher die Art und Weise, wie Physiker über die Quantenwelt denken.
Wenn zwei Quantenteilchen aufeinandertreffen, kann alles passieren. Sie können zu einem verschmelzen, sich in mehrere aufteilen, verschwinden oder eine beliebige Reihenfolge der oben genannten sein. Und was tatsächlich passieren wird, ist gewissermaßen eine Kombination all dieser und vieler weiterer Möglichkeiten. Feynman-Diagramme verfolgen, was passieren könnte, indem sie Linien aneinanderreihen, die die Flugbahnen von Teilchen in der Raumzeit darstellen. Jedes Diagramm erfasst eine mögliche Abfolge subatomarer Ereignisse und gibt eine Gleichung für eine Zahl namens „Amplitude“ an, die die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieser Abfolge darstellt. Addieren Sie genügend Amplituden, denken Physiker, und Sie erhalten Steine, Gebäude, Bäume und Menschen. „Fast alles auf der Welt ist eine Aneinanderreihung von Dingen, die immer wieder passieren“, sagte Arkani-Hamed. „Nur gute, altmodische Dinge, die aufeinander prallen.“
Diesen Amplituden liegt eine rätselhafte Spannung inne, die Generationen von Quantenphysikern, die bis zu Feynman und Schwinger selbst zurückreichen, verärgert hat. Man könnte Stunden damit verbringen, vor einer Tafel byzantinische Teilchenbahnen zu zeichnen und entmutigende Formeln auszuwerten, nur um dann festzustellen, dass sich Begriffe aufheben und komplizierte Ausdrücke verschwinden, um extrem einfache Antworten zurückzulassen – in einem klassischen Beispiel buchstäblich die Zahl 1.
„Der erforderliche Aufwand ist enorm“, sagte Bourjaily. „Und jedes Mal verspottet Sie die Vorhersage, die Sie machen, durch ihre Einfachheit.“