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从粒子碰撞到几何与组合学

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-05-08 13:23

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理论中[4]:它的树级振幅可以与一种叫作 ABHY (Arkani-Hamed, Bai, He and Yan)关联多面(Associahedron) 的几何对象对应起来(图2,右)。Associahedron 是一种出现在组合数学中的多面体,原本与卡塔兰数等离散结构相关联,却在物理中意外地扮演起计算粒子散射的主角。


图2: SYM对应的振幅多面体(左)和标量场对应的关联多面体(右)。可以想象,在一个完全由这些理论的微扰行为描述的世界中,万事万物——包括人们今天说了什么、吃了什么——都由无数个这样的几何体的体积决定。

这种几何视角不仅提供了一种全新的计算工具,更重要的是,它揭示出振幅背后深藏的对称性与结构性。然而,长期以来,这类几何结构仅能应用于这些非常“友好”的理论中——即具有高度对称性的超对称理论,或者结构简单的标量理论。在这些情形下,几何和组合结构显得格外整齐、美观,也更容易被“提炼”出来。但一旦进入更复杂的相互作用,特别是在更接近现实物理的理论中,甚至仅仅是考虑 理论中超越树级振幅的高圈被积函数,这种几何图像便迅速变得模糊不清。

这引出了一个关键问题:是否存在一种更为普适的几何语言,能够描述任意圈级、任意拓扑下更接近现实物理的散射振幅?

二维面组合学:解码散射振幅的新语言

图3: 一圈四点散射振幅对应的二维面与二维面上的曲线

直到最近,Arkani-Hamed、Frost、Salvatori、Plamondon 和 Thomas[5]——提出了一种全新的视角,被称为 “二维面组合学框架”(surfaceology) 。他们发现,Tr 理论在任意阶的 't Hooft 展开下,其散射振幅都可以由一个定义在相应二维面上的曲线积分来表达(图3)。同时,这一框架还能自然地产生弦论中(在运动学平移之后的)快子振幅。

受这一工作的启发,笔者与 Arkani-Hamed、曹趣、Figueiredo 和何颂[6] 合作,进一步将surfaceology的语言推广到更贴近现实世界的理论中,如无超对称的纯杨-米尔斯(-标量)理论和非线性西格玛模型。我们发现,这些理论的任意圈planar(类)弦振幅同样可以用统一的曲线积分形式来描述,而通过对二维面选取被称作scaffolding triangulation的三角剖分,不同理论之间的差异仅体现在一个 形变参数 的具体取值:







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