Rzucanie światła na czarne dziury
Fizyka cząstek, zwana również fizyką wysokich energii, to dział fizyki zajmujący się badaniem cząstek atomowych związanych z materią i promieniowaniem, a także ich wzajemnych interakcji. W związku z faktem, że wiele cząstek elementarnych nie występuje naturalnie i trzeba je wytwarzać w procesie wysokoenergetycznych zderzeń, dziedzina ta wymaga prowadzenia skomplikowanych eksperymentów laboratoryjnych. Z tego powodu fizyka wysokich energii musiała sprostać wielu złożonym wyzwaniom. Jednym z nich jest głębsze zrozumienie dynamiki oddziaływań w niektórych teoriach pól cechowania ('free gauge theories'), np. w chromodynamice kwantowej ('quantum chromodynamics' - QCD). Kolejnym wyzwaniem jest zrozumienie dynamiki grawitacji w odniesieniu do osobliwości czasoprzestrzennych, których przykładem mogą być niektóre zjawiska kosmologiczne (np. czarne dziury). Obydwa powyższe wyzwania wymagają dogłębnego zbadania teorii strun, będącej częścią fizyki cząstek elementarnych, a także podjęcia prób na rzecz powiązania fizyki kwantowej i ogólnej teorii względności. Znalezienie rozwiązania wymaga także zbadania pól cechowania, przez które rozumiane jest badanie konkretnego działu fizyki w odniesieniu do czasoprzestrzeni. W ramach finansowanego ze środków UE projektu o nazwie „Pola cechowania, struny i grawitacja” ('Gauge Fields, Strings and Gravity' - Holography) badana jest dynamika D-bran w teorii strun oraz czarnych dziur w teorii grawitacji. D-brany to klasa obiektów w teorii strun posiadających bardzo złożone wymiary przestrzenne. Mówiąc dokładnie, w ramach projektu badane są QCD-podobne teorie cechowania w otwartej teorii strun, ze szczególnym uwzględnieniem dynamiki D-bran oraz sytuacji wyjątkowych. Analizowane są implikacje powyższych opisów w odniesieniu do dynamiki silnych powiązań powyższych teorii, w celu opracowania nowych technik mogących wyjaśnić te zjawiska oraz opisać specyficzne dynamiki czarnych dziur. Prace obejmują także badanie fascynującej dziedziny teorii dynamiki pól kwantowych w trzech wymiarach. Obiecujące informacje i zastosowania kryją się także w zagadnienia związanych z niezaburzającą spójnością teorii masywnej multigrawitacji oraz „fizyki szklistej” ('non-perturbative consistency of theories with massive multigravity and glassy physics'). Co istotne, zespół uczestniczący w projekcie podjął wysiłki na rzecz opracowania nowego narzędzia w zakresie teorii pola, pozwalającego, za pośrednictwem holograficznego QCD, wyjaśniać teorie strun oraz zjawiska kwantowe i grawitacyjne. W ramach projektu Holography opracowano także wydajne narzędzie pozwalające opisywać szereg nowych właściwości czarnych dziur w wyższych wymiarach. Przykładowe odkrycia obejmują egzotyczne geometrie horyzontów zdarzeń ('exotic horizon geometries'), zjawiska krytyczne ('critical phenomena') oraz przejścia zmieniające topologię horyzontów zdarzeń ('horizon topology-changing transitions'). Uczestnikom projektu Holography udało się otworzyć dostęp do całkowicie nowego obszaru badań związanych z grawitacją wyższego poziomu, który pozwoli zgłębić tajniki czarnych dziur oraz D-bran w teorii strun.