新研究：采用S矩阵自举法检验弦理论是否是量子引力唯一一致理论

S矩阵自举法（S-matrix bootstrap）是一种在量子场论中使用简单的原理来确定或约束粒子散射振幅的数值方法。在过去的几十年里，一些物理学家尝试使用这种技术来研究不同的物理理论和现象。 

特拉维夫大学、École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)和圆周理论物理研究所的研究人员一直在进一步发展S矩阵自举法，并试图将其应用到物理的不同领域。在最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，该团队试图用它来研究弦理论。弦理论是一种著名的物理理论，代表了宇宙的基本组成部分为一维(1D)而不是点状粒子。

虽然现在已有几十篇论文使用不同版本的S矩阵自举法来探索物理系统，但其中大多数工作都集中在大质量粒子上。Guerrieri和同事们最近开始用S矩阵自举法来研究无质量粒子的散射，比如量子色动力学中的色通量管或无质量介子的横向波动。 

Guerrieri、Penedones和同事Pedro Vieira最近的工作适用于任何量子引力理论。在他们的研究中，专门使用了S矩阵自举法来检验弦理论，并试图确定它是否是唯一一致的量子引力理论。

“爱因斯坦的广义相对论(GR)描述了远距离或(等效)低能量下的引力相互作用。” Penedones说，“例如，它可以用来计算两个大波长(比普朗克长度大得多)的引力子如何相互散射。然而，如果我们在某个点减小波长，我们就不能相信GR的预测。事实上，GR的预测给出的概率将大于1。”

为了提高GR预测的可靠性，理论就必须在短距离/波长或等效地在高能时进行修正。这种校正通常被称为“紫外线补全”（UV completion）。

“我们经常说量子引力理论是GR的紫外线补全。”Guerrieri说，“在我们最近的论文中，我们调查了在低能量极限下对GR预测的第一次修正。这就是我们论文中的参数所代表的。”

弦理论是著名的量子引力理论。值得注意的是，在弦理论中，研究人员所描述的参数可以采用一组特定的值。

“在弦理论中，阿尔法（alpha）与基本弦的张力(以普朗克单位表示)有关。” Vieira解释道，“在这篇论文中，我们开始探索的是尚不知道的东西，描述真实世界的量子引力理论是什么，简单思考这样的理论能产生多少阿尔法值。”

令人惊讶的是，研究人员发现，根据S矩阵自举法数值计算，描述真实世界的重力理论可能拥有的阿尔法值与弦理论产生的值完全相同。虽然这些发现可能有有趣的含义，但他们的研究有几个局限性，可能会影响其有效性。

在这一系列研究中，研究人员检验的主要研究问题是，弦理论是否是量子引力的唯一一致理论。虽然无法确定地回答这个问题，但研究结果表明，S矩阵自举法可以帮助解决这个问题。在未来，研究人员希望在不包括超对称性和更低时空维度的情况下重复这一计算。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.081601

https://link.springer.com/article/10.1007%2FJHEP06%282021%29088