Finse onderzoekers van de Aalto-universiteit hebben een frisse kijk voorgesteld op een van de hardnekkigste raadsels van de natuurkunde: de kwantumtheorie van de zwaartekracht. Hun benadering steunt op ijkvelden en vier bijzondere symmetrieën, die het mogelijk maken de zwaartekracht te beschrijven op dezelfde manier als de elektromagnetische, zwakke en sterke wisselwerking in het Standaardmodel.
De gewone algemene relativiteitstheorie werkt uitstekend op grote schaal, maar faalt waar zwaartekracht in aanraking komt met kwantumeffecten – bij de horizon van zwarte gaten of in de eerste ogenblikken na de oerknal. Het nieuwe werk laat zien dat de zwaartekracht kan worden voorgesteld, niet als de kromming van de ruimtetijd, maar als een ijkveld, vergelijkbaar met de velden die natuurkundigen al kennen.
Aan de basis van de theorie liggen U(1)-symmetrieën – dezelfde die aan de basis liggen van het elektromagnetisme en verantwoordelijk zijn voor het behoud van elektrische lading. De wetenschappers introduceerden een extra begrip: een veld met de dimensie van de ruimtetijd, dat helpt om vierdimensionale objecten te 'snijden' uit complexere achtdimensionale structuren, die spinoren worden genoemd.
Door een lagrangiaan met een acht-spinorrepresentatie te construeren, leidden de onderzoekers de Feynman-regels af en controleerden ze of de theorie renormaliseerbaar is. In de eerste orde convergeren de berekeningen en kunnen de oneindigheden worden geëlimineerd met bekende methoden. Dit is een belangrijk teken van wiskundige stabiliteit, hoewel een volledige controle op alle orden nog moet komen.
Als de theorie verdere tests doorstaat, opent ze de weg naar een verenigd beeld van alle fundamentele krachten. Dan worden berekeningen van processen onder extreme omstandigheden mogelijk, van de ineenstorting van sterren tot de vroegste stadia van de evolutie van het heelal.
Voorlopig is het werk gepubliceerd voor discussie in de wetenschappelijke gemeenschap. De auteurs benadrukken: dit is geen definitieve theorie van alles, maar een belangrijke stap die laat zien dat zwaartekracht inderdaad op gelijke voet met de andere krachten kan worden ingebouwd in de kwantumveldbeschrijving.
