Des chercheurs de l'Université de Southampton et du Korea Institute for Advanced Study ont récemment montré que la supersymétrie est anormale dans les théories des champs quantiques superconformes (SCFT) N=1 avec une symétrie R anormale. L'anomalie décrite dans leur article, Publié dans Lettres d'examen physique , a été précédemment observé dans des SCFT holographiques à fort couplage, pourtant leurs travaux confirment qu'il est déjà présent dans les STFC libres les plus simples.

"La supersymétrie est une symétrie qui relie les particules de spin entier et demi-entier, et a joué un rôle central dans de nombreuses avancées de la physique théorique depuis sa découverte, " Kostas Skenderis, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Il a été utilisé comme un moyen de comprendre le comportement de systèmes quantiques à forte interaction où nos outils théoriques habituels (théorie des perturbations) ne sont pas applicables, ainsi que dans certains des principaux candidats au-delà de la physique du modèle standard."

La supersymétrie sous-tend la cohérence mathématique de la théorie des cordes, qui est la théorie la plus complète de la gravité quantique proposée jusqu'à présent. Une anomalie quantique, comme celle observée par les chercheurs, est essentiellement l'échec d'une symétrie à être préservée à un niveau quantique. Ces anomalies sont généralement de deux types :les "mauvaises", qui rendent la théorie des cordes mathématiquement incohérente et "saine", qui capturent des propriétés quantiques importantes de la théorie.

"La possibilité d'anomalies dans la supersymétrie a été discutée à la fin des années 70 et au début des années 90, mais dans les cas précédents, les théories qui présentaient une anomalie de supersymétrie avaient des propriétés non physiques ou étaient « malade », ' parce qu'ils ont été infligés par d'autres 'mauvaises' anomalies quantiques, " a déclaré Skenderis. " Ce fut donc une grande surprise lorsque l'un de nous a découvert une nouvelle anomalie de supersymétrie il y a deux ans, cette fois dans une théorie « saine ».

La précédente étude réalisée par Ioannis Papadimitriou, l'un des collègues de Skenderis, a inspiré les chercheurs à explorer davantage les anomalies de supersymétrie dans les SCFT. Dans ses précédents travaux, Papadimitriou s'est inspiré d'études antérieures qui utilisaient différentes techniques pour calculer les mêmes observables physiques et ont obtenu des résultats contradictoires. L'anomalie démontrée dans son travail a finalement expliqué les incohérences observées dans les études précédentes.

"L'objectif principal de notre récent article PRL était d'établir l'existence de la nouvelle anomalie en utilisant les mêmes méthodes qui ont conduit à la découverte d'anomalies quantiques il y a 50 ans dans un exemple simple d'une théorie de champ superconforme N=1 cohérente en quatre dimensions, " a expliqué Papadimitriou. " L'existence de la nouvelle anomalie de supersymétrie pour toute théorie superconforme N =1 cohérente en quatre dimensions a été démontrée dans des travaux antérieurs et s'est par la suite avérée exister dans une classe beaucoup plus générale de théories qui ne sont pas nécessairement classiquement invariantes de manière conforme dans ."

Dans leur étude, Papadimitriou, Skenderis, et leurs collègues Georgios Katsianis et Marika Taylor ont utilisé les mêmes méthodes que celles utilisées pour découvrir les anomalies quantiques à la fin des années 60. Ils ont calculé un certain observable quantique (fonction à quatre points des courants de symétrie), qui doit être nul s'il n'y a pas d'anomalie. De façon intéressante, cependant, ils l'ont trouvé non nul.

"Ce calcul a été fait en utilisant la théorie la plus simple possible (en fait, le premier modèle supersymétrique à quatre dimensions) et cela a démontré que l'anomalie apparaît déjà dans les modèles développés il y a longtemps, " a déclaré Skenderis. " La principale nouveauté ici était que l'observable quantique que nous avons calculé était différent des observables étudiés dans des travaux antérieurs sur les anomalies supersymétriques. "

La forme générale de l'anomalie de supersymétrie démontrée par les chercheurs a été présentée pour la première fois dans une étude précédente de Papadimitriou qui utilisait les conditions de cohérence dites de Wess-Zumino. Ces conditions sont un ensemble d'équations qui doivent être vérifiées pour que les anomalies quantiques soient mathématiquement cohérentes.

"Notre observation la plus importante était qu'une classe très large de théories des champs quantiques supersymétriques en quatre dimensions possède un certain type d'anomalie de supersymétrie, " a déclaré Skenderis. " Cette anomalie a des implications potentielles pour un grand nombre de modèles théoriques au-delà du modèle physique standard, dont plusieurs sont susceptibles d'être mathématiquement incohérentes au niveau quantique en raison de la nouvelle anomalie de supersymétrie."

Outre ses implications théoriques, l'anomalie observée par Skenderis, Papadimitriou et ses collègues pourraient jouer un rôle clé dans la compréhension microscopique de trous noirs particuliers qui surviennent dans la théorie des cordes. Finalement, une meilleure compréhension des anomalies au sein de la théorie des cordes pourrait fournir un test hautement non trivial de la cohérence mathématique de la théorie elle-même. Dans leurs futurs travaux, les chercheurs envisagent donc d'approfondir ces anomalies.

"La généralisation de l'anomalie de supersymétrie aux théories de dimension inférieure ou supérieure est une étape nécessaire afin d'explorer pleinement les conséquences de telles anomalies dans différents contextes, " dit Papadimitriou. " De plus, identifier des formulations différentes mais équivalentes de l'anomalie de supersymétrie est également utile pour mieux comprendre les implications de l'anomalie, à la fois pour la physique au-delà du modèle standard et pour les trous noirs supersymétriques. Ce sont quelques-unes des directions de recherche que certains d'entre nous poursuivons actuellement."

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