Ква́нтовая струна́ (англ. string) — в теории струн бесконечно тонкие одномерные объекты длиной в 10⁻³⁵ м^[1], колебания которых производит всё многообразие элементарных частиц. Характер колебаний струны задаёт свойства материи такие, как электрический заряд и массу.

Определения

Квантовая струна может быть определена несколькими равнозначными способами:

1. Координатное определение: пространственная кривая общего положения, с каждой точкой которой связан квантовый гармонический осциллятор. С точки зрения динамики при движении заметает двумерную поверхность общего вида.
2. Алгебро-геометрическое определение: алгебраическая кривая общего вида, с допустимыми на ней математическими структурами.
3. Теоретико-полевое определение: мультилокальный квантовый функционал Φ=Φ({X(σ)}), являющийся функцией каждой точки струны, который в гильбертовом пространстве струнных возбуждений является суперпозицией всех возможных конфигураций струн.
4. Геометрически-полевое определение: непараметризованная точка общего положения в пространстве всех физических конфигураций струн, то есть не зависящих от системы координат (пространство петель).

Типы струн

Существуют струны у которых есть концы, их называют открытыми, и у которых концов нет, их называют замкнутыми.
В случае, если Φ зависит только от бозонных переменных, то струна является бозонной. Если Φ зависит только от фермионных переменных, то фермионной. Если и от бозонных и фермионных, при условии суперсимметрии, то суперсимметричной или суперструной. Если требование суперсимметрии частично невыполнимо, то гетеротической.
На языке определения 1 это соответственно бозонные и фермионные осцилляторы. Струны могут быть как ориентированными(стрелка внутри), так и неориентированными.

Главной особенностью квантовых струн является то, что они «живут» в критической или подкритической размерности пространства, в отличие от классических струн. Бозонная струна в D=26, а фермионная и суперструна в D=10, для известных моделей гетеротических струн критическая размерность также равна 10. Это является следствием устранения нефизических состояний, так называемых дýхов из спектра струны во время процедуры квантования и известно как «Теорема об отсутствии духов».

Взаимодействия

Квантовые струны довольно сложным образом взаимодействуют друг с другом, так как являются нелокальными, более точно мультилокальными объектами. Однако с точки зрения изменения их формы (топологии) допустимы лишь 5 элементарных локальных актов, согласующихся с физическими принципами:

1. Открытая струна (с концами) может разорваться в точке на 2 открытые струны.
2. Замкнутая струна (без концов) может сойтись во внутренней точке касания и расщепиться на 2 замкнутые струны.
3. Замкнутая струна может разорваться в точке и стать открытой.
4. 2 открытые струны могут обменяться в точке касания сегментами.
5. Открытая струна может потерять сегмент в виде замкнутой струны, через внутреннюю точку касания.

Все точки взаимодействия являются «тройными» точками, которые при малом шевелении дают все 5 вышенаписанных перестроек. Обратные процессы добавляют ещё 5 элементарных локальных актов взаимодействия.

Для суперструн из-за разных условий на бозонные и фермионные переменные приходится добавлять в «тройную» точку дополнительные поля, чтобы не нарушить суперсимметрию. (см. литературу в примечании и список литературы в статье Теория струн)

Многие исследователи полагают, что на основе моделей струн и суперструн удастся построить всю низкоэнергетическую физику нашего мира.

Примечание

• И.Арефьева, И.Волович, ТиМ физика, т.67, 2,1986
• Kaku M. Introduction to the Field Theory of Strings. WS, Singapore, 1985

См. также

• Брана
• Теория бозонных струн
• Теория струн
• Теория суперструн
• М-теория (теория бран)

Литература

• См. список в соответствующем разделе статьи «Теория струн».

1. Музыка сфер