Quantum "Graviton" Particles May Resemble Ordinary Particles of Force

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=search-for-new-physics
http://www.nature.com/scientificamerican/journal/v306/n5/pdf/scientificamerican0512-34.pdf

這個月科學美國人有篇文章提到一個新的想法，重力子有無可能是像兩個強作用力膠子的組合呢？

計算強作用力是個難題，如何在似乎無盡的費曼圖中得到有意義的計算，使其吻合LHC中大量粒子對撞的結果？費曼圖提供物理學家一個強而有力的工具去計算作用力，在這個圖像裡，物理學家彷彿可以看到粒子就像圖裡一樣傳遞波色子。一開始在量子電動力學獲得大成功，物理學家可以明確指出那些圖是重要，哪些圖可被忽略，僅靠幾個簡單的計算獲得符合觀測的結果。推廣到“強”作用力，只有在兩個粒子非常靠近，之間作用力變得非常小（漸進自由），這個技巧可以被使用。對於粒子對撞和散射實驗，這如其名的暗示，強作用力遠大於電力，物理學家再也沒辦法簡單的指出那些是重要的圖，尤其其中包含許多的"loop"圖，這些loop圖暗示著虛粒子（virtual particles）的作用，雖然無法直接觀察，確確實實地影響最後的計算和實驗結果。值得注意是，最後將這些圖相加，往往彼此間可以相消，這強烈暗示，似乎有更深層的機制在底層。

從90年代早期，兩位物理學家，Zvi Bern和David A. Kosower揭示弦論可以用一條方程式簡化許多圖的計算，連同後來加入的Lance J. Dixon和David Dunbar所共同分析，么正性（unitarity），似乎可以用來解釋這些散射結果。么正性簡單的說，每個圖代表某個機率，將所有圖相加必須等於一。這個原則被深深地掩蓋在大量費曼圖計算的背後，但根據這個原則物理學家可以避免直接使用虛粒子，從而避免大量複雜的費曼圖。舉例來說，在一個複雜地鐵系統裡，從A站到B站顯而易見只有幾條選擇，但是如果應用費曼圖的思考模式，就必須考慮所有的可能性，包括那些出站穿過馬路再從另個站的路徑。我們可以將這些不太可能的道路想像成虛粒子的圖，雖然他們存在，但顯然到最後我們不太需要考慮。如果只需考慮有限的可能（么正性），那麼就有可能減少許多須計算的圖。

么正性方法提供物理學家成功預測對撞後光子和微中子的數量，這對尋找暗物質和希格斯粒子（Higgs）有直接的幫助。最近的發展是將這套理論推廣到重力子。重力子的發展從80年代開始，其目標是將重力給量子化，但這個努力很不成功，不像其他量子理論裡，許多無限大可以互相對消留下有物理意義的值，重力頑強地抵抗一切量子化的可能，這些無法消除的無限大暗示著時空的波動（fluctuations）。一種可能的解釋是，自然界包含許多未發現的超對稱粒子（supersymmetry），這些粒子由隱藏的費米子和波色子之間對稱性而來，將這個想法應用到重力就是超重力（supergravity），但人們發現到了第三階虛粒子的計算還是會發散。另外的可能是超弦理論，在這個理論架構下，所有基本粒子不是點狀而是個共振的弦，但這個理論面臨一個很大的問題——無法提供有用的計算。應用么正性方法可能解決超重力無限大的危機，時空的波動可能沒有想像中嚴重，更有意思的是，三個重力子的作用就像三個膠子跟另外一模一樣的三個膠子的作用，換句話說，重力是強作用力的另種表現。

目前，這個理論在第四階都沒有發散的項，如果物理學家算到第七項都沒有發散，超重力理論就有可能是個自洽的理論。當然，這裡論不包括其他非微擾的作用，他們太微小而不能被loop-by-loop所分析，或許這些作用會被更深層的理論，例如弦論，所解釋。