Diagrama de Penrose del agujero negro cargado con la brana del fin del mundo. La brana se expande y vuelve a caer en el horizonte del agujero negro, recortando parte de la región asintótica izquierda:la región sombreada en azul no es parte de la geometría. El CFT dual vive en el límite asintótico derecho. Crédito:Antonini &Swingle.
La correspondencia anti-de Sitter / teoría de campo conforme (AdS / CFT), también conocido como dualidad calibre / gravedad, hipotetiza la existencia de una relación entre dos tipos de teorías físicas, a saber, las teorías de la gravedad en los espaciotiempos de AdS y los CFT. Durante las ultimas décadas, Las construcciones de dualidad calibre / gravedad se han aplicado en una amplia gama de campos de investigación científica. Por ejemplo, algunos investigadores intentaron utilizar AdS / CFT para avanzar en el desarrollo de una teoría cuántica completa de la gravedad.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Maryland ha explorado recientemente el potencial de esta construcción teórica en estudios de cosmología. En un artículo publicado en Física de la naturaleza , demostraron cómo los modelos cosmológicos propuestos previamente podrían realizarse microscópicamente incorporando elementos de AdS / CFT.
"Nuestro trabajo se articula en la intersección de dos ideas, "Stefano Antonini, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "La primera es la correspondencia AdS / CFT, uno de los marcos más estudiados para la formulación de una teoría de la gravedad cuántica ".
AdS / CFT esencialmente teoriza la relación de una teoría gravitacional en un espacio-tiempo asintóticamente AdS con un CFT que no tiene en cuenta la gravedad y tiene una dimensión menos. Antonini y su colega Brian Swingle se preguntaron si era posible describir la evolución de un universo cosmológico utilizando esta construcción teórica, que hasta ahora se había aplicado principalmente a otros temas de investigación.
"Al intentar responder a esta pregunta, Una segunda idea entró en juego:el modelo de Randall-Sundrum y sus generalizaciones proponen que nuestro universo 4-D podría ser una membrana 4-D incrustada en un espacio-tiempo 5-D asintóticamente AdS, "Explicó Antonini.
El estudio de los investigadores se basa en ideas propuestas en un artículo anterior por Swingle y otros investigadores, publicado en Springer Link's Revista de física de altas energías . Este estudio anterior exploró la posibilidad de que ciertos estados CFT holográficos de alta energía correspondan a microestados de agujeros negros con una estructura particular que terminaba en una brana del fin del mundo (ETW).
Función de onda de un modo gravitacional "atrapado" en la brana, en función de la coordenada de la tortuga. El pico agudo en la posición de la brana (recuadro inferior derecho) muestra que la gravedad está bien localizada en la brana. El comportamiento oscilatorio cerca del horizonte del agujero negro (recuadro superior izquierdo) revela que la localización de la gravedad es solo local, y el modo atrapado tiene una vida útil finita. Crédito:Antonini &Swingle.
En la teoría de cuerdas y otras teorías físicas relacionadas, una brana es un objeto dinámico que puede propagarse a través del espacio-tiempo de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. En su nuevo periódico, los investigadores querían identificar una forma en la que los mundos brana de Randall-Sundrum podrían estudiarse en la correspondencia AdS / CFT al mostrar la existencia de estados CFT particulares que son geometrías de agujero negro duales a cargadas que involucran una brana viviente del "fin del mundo" en la segunda región asintótica, que emerge y vuelve a caer en el horizonte del agujero negro.
"Es bien sabido que el movimiento de una brana 4-D en un espacio-tiempo de agujero negro 5-D AdS parece la evolución de un universo 4-D FLRW a un observador que vive en la brana, ' OMS, como nosotros, no es consciente de la existencia de la quinta dimensión, ", Dijo Antonini." Para que un modelo de mundo de brana sea significativo, sin embargo, Tal observador también debe percibir que la gravedad es efectivamente tetradimensional, como es el caso del modelo original de Randall-Sundrum. En presencia de un gran agujero negro, sin embargo, este fenómeno de 'localización de la gravedad' es particularmente difícil de obtener ".
El modelo propuesto por Antonini y sus colegas sugiere que en condiciones apropiadas y para parte de su proceso de evolución, una brana se encuentra lejos del horizonte de un agujero negro y se mueve lentamente. Los investigadores demostraron que en este régimen en particular, una perturbación gravitacional permanece localmente ligada a la brana.
Esto se debe a que la perturbación está 'atrapada' por un potencial delta negativo, que surge de las condiciones de frontera de Neumann en el lugar donde se coloca la brana. En otras palabras, en este régimen, un hipotético observador 4-D interpretaría que la gravedad es 4-dimensional, siempre que no intenten sondear escalas espaciales muy grandes.
"Hay dos logros principales de este trabajo, Antonini dijo. Primero, mostró la existencia de microestados de agujeros negros cargados, que permiten una descripción dual holográfica e involucran al mismo tiempo una brana del fin del mundo que se encuentra lo suficientemente lejos del horizonte del agujero negro como para soportar posiblemente la localización de la gravedad. En segundo lugar, encontramos que la gravedad es, Por supuesto, localizados localmente en tales mundos brana ".
Las ideas presentadas por Antonini y Swingle podrían finalmente abrir nuevas posibilidades para describir fenómenos de cosmología cuántica y simularlos en computadoras cuánticas. Mientras tanto, los investigadores solo han producido un modelo de juguete de su teoría y es necesario avanzar mucho antes de que pueda aplicarse de manera efectiva a los problemas de cosmología, su trabajo introduce una nueva forma de estudiar la cosmología en la correspondencia AdS / CFT y, por tanto, de investigar la gravedad cuántica en un universo cosmológico.
"Ahora estamos explorando la posibilidad de realizar explícitamente nuestra construcción en el contexto del modelo SYK cargado, que es dual a un modelo gravitacional simple 1 + 1 dimensional, "Dijo Antonini.
© 2020 Science X Network
