Diagramme de Penrose du trou noir chargé avec la brane de la fin du monde. La brane se dilate et retombe dans l'horizon du trou noir, découpe d'une partie de la région asymptotique gauche :la région ombrée en bleu ne fait pas partie de la géométrie. Le CFT dual vit sur la frontière asymptotique droite. Crédit :Antonini &Swingle.
La correspondance anti-de Sitter/théorie des champs conforme (AdS/CFT), également appelée dualité jauge/gravité, fait l'hypothèse de l'existence d'une relation entre deux types de théories physiques, à savoir les théories de la gravité dans les espaces-temps AdS et les CFT. Au cours des dernières décennies, Les constructions de dualité jauge/gravité ont été appliquées dans un large éventail de domaines de recherche scientifique. Par exemple, certains chercheurs ont essayé d'utiliser AdS/CFT pour faire avancer le développement d'une théorie quantique complète de la gravité.
Une équipe de chercheurs de l'Université du Maryland a récemment exploré le potentiel de cette construction théorique dans les études de cosmologie. Dans un article publié en Physique de la nature , ils ont montré comment les modèles cosmologiques précédemment proposés pouvaient être réalisés au microscope en incorporant des éléments d'AdS/CFT.
"Notre travail se met en place à l'intersection de deux idées, " Stefano Antonini, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Le premier est la correspondance AdS/CFT, l'un des cadres les plus étudiés pour la formulation d'une théorie de la gravité quantique."
AdS/CFT théorise essentiellement la relation d'une théorie gravitationnelle dans un espace-temps asymptotiquement AdS à un CFT qui ne tient pas compte de la gravité et a une dimension de moins. Antonini et son collègue Brian Swingle se sont demandé s'il était possible de décrire l'évolution d'un univers cosmologique à l'aide de cette construction théorique, qui avait jusqu'à présent été principalement appliqué à d'autres sujets de recherche.
« En essayant de répondre à cette question, une deuxième idée est entrée en jeu :le modèle Randall-Sundrum et ses généralisations proposent que notre univers 4-D pourrait être une membrane 4-D noyée dans un espace-temps 5-D asymptotiquement AdS, " expliqua Antonini.
L'étude des chercheurs s'appuie sur des idées proposées dans un article précédent par Swingle et d'autres chercheurs, publié dans Springer Link's Journal de physique des hautes énergies . Cette étude antérieure a exploré la possibilité que certains états CFT holographiques à haute énergie correspondent à des micro-états de trous noirs avec une structure particulière qui se termine à une brane de la fin du monde (ETW).
Fonction d'onde d'un mode gravitationnel "piégé" sur la brane, en fonction de la coordonnée de la tortue. Le pic pointu à la position de la brane (encadré en bas à droite) montre que la gravité est bien localisée sur la brane. Le comportement oscillatoire près de l'horizon du trou noir (encart en haut à gauche) révèle que la localisation de la gravité n'est que locale, et le mode piégé a une durée de vie finie. Crédit :Antonini &Swingle.
En théorie des cordes et autres théories physiques connexes, une brane est un objet dynamique qui peut se propager dans l'espace-temps conformément aux lois de la mécanique quantique. Dans leur nouveau papier, les chercheurs ont voulu identifier une manière dont les braneworlds de Randall-Sundrum pourraient être étudiés dans la correspondance AdS/CFT en montrant l'existence d'états CFT particuliers qui sont dus à des géométries de trous noirs chargées impliquant une vie de brane « de la fin du monde ». dans la deuxième région asymptotique, qui émerge et retombe dans l'horizon du trou noir.
"Il est bien connu que le mouvement d'une brane 4-D dans un espace-temps de trou noir AdS 5-D ressemble à l'évolution d'un univers FLRW 4-D à un observateur 'vivant sur la brane, ' qui, comme nous, n'est pas au courant de l'existence de la cinquième dimension, " a déclaré Antonini. "Pour qu'un modèle de monde brane soit significatif, cependant, un tel observateur doit également percevoir la gravité comme étant effectivement quadridimensionnelle, comme c'est le cas dans le modèle original Randall-Sundrum. En présence d'un grand trou noir, cependant, ce phénomène de 'localisation de la gravité' est particulièrement difficile à obtenir."
Le modèle proposé par Antonini et ses collègues suggère que dans des conditions appropriées et pour une partie de son processus d'évolution, une brane se trouve loin de l'horizon d'un trou noir et se déplace lentement. Les chercheurs ont montré que dans ce régime particulier, une perturbation gravitationnelle reste localement liée à la brane.
En effet, la perturbation est « piégée » par un potentiel delta négatif, qui découle des conditions aux limites de Neumann à l'endroit où la brane est positionnée. En d'autres termes, dans ce régime, un observateur 4D hypothétique interpréterait la gravité comme étant en 4 dimensions, tant qu'ils n'essaient pas de sonder de très grandes échelles spatiales.
« Il y a deux réalisations principales de ce travail, " dit Antonini. " D'abord, il a montré l'existence de micro-états de trous noirs chargés, qui permettent une double description holographique et impliquent en même temps une brane de la fin du monde située suffisamment loin de l'horizon du trou noir pour éventuellement soutenir la localisation gravitationnelle. Deuxièmement, nous avons trouvé que la gravité est, En effet, localement localisé sur de tels mondes de brane."
Les idées présentées par Antonini et Swingle pourraient à terme ouvrir de nouvelles possibilités pour décrire les phénomènes de cosmologie quantique et les simuler sur des ordinateurs quantiques. Alors que jusqu'à présent, les chercheurs n'ont produit qu'un modèle jouet de leur théorie et il reste beaucoup de progrès à faire avant qu'elle puisse être appliquée efficacement aux problèmes de cosmologie, leurs travaux introduisent une nouvelle façon d'étudier la cosmologie en correspondance AdS/CFT et ainsi d'étudier la gravité quantique dans un univers cosmologique.
"Nous explorons maintenant la possibilité de réaliser explicitement notre construction dans le contexte du modèle SYK chargé, qui est duel à un modèle gravitationnel simple à 1+1 dimensions, " dit Antonini.
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