D-braanid

D-braanid (inglise keeles D-branes) on stringiteoorias braanid, millele lahtiste stringide otsad kinnituvad. D-braanid avastasid 1989. aastal Texase Ülikooli Austinis füüsikud Joseph Polchinski, Robert Leigh ja Jin Dai ning neist sõltumatult tšehhi päritolu Petr Hořava (sai hiljem California Ülikooli Berkeleys professoriks). Mõiste pärineb Joseph Polchinskilt. 1995. aastal tuvastas Polchinski D-braanide ja mustade p-braanide samaväärsuse. D-braane liigitatakse tavaliselt nende ruumilise mõõtme järgi: D0-braan on üksik punkt, D1-braan on joon, D2-braan on pind ja D25-braan täidab bosonstringide teooria raames käsitletavat paljumõõtmelist ruumi. D-braanid ehk Dp-braanid on p-mõõtmelised objekte, mille külge kinnituvad lahtised stringid, mis rahuldavad p+1 mõõtmes Neumanni ääretingimusi (tuletis on otspunktides null) ja ülejäänud 9-p mõõtmes ääretingimusi (väljatugevus on otspunktides null). Mõõde p on ruumiline, lisaks on D-braanil ajamõõde. D-braane saab tõlgendada ka solitonide erijuhuna. Nende ruumala võib olla lõpmatu, lõplik või isegi null. D-braanid on BPS-olekud: nad kaovad poolte supersümmeetria operaatorite rakendamisel. D-braane kujutletakse väiksema mõõtmega dünaamiliste objektidena, mis paiknevad suurema mõõtmega aegruumis. Neid käsitleb stringiteooria (vaata ka M-braanid M-teoorias). Et stringiteooria kirjeldab 10+1-mõõtmelist ruumi, tekib küsimus, miks me tajume (koos ajaga) ainult nelja mõõdet. Seletuseks on braanid. Stringiteooria järgi on olemas nii lahtised stringid, millel on vabad otsad, kui ka kinnised stringid. Lahtised stringid püüavad "kinnituda" mõnele braanile. Nad ei saa siis enam kõigis mõõtmetes liikuda, vaid on oma braani küljes "vangis". Ka vastastikmõjud "vabade" braanidega on piiratud. Kui meile tuntud universum koosneb sellistest osakestest, mis on braani küljes vangis, ei saa ka inimesed sellest universumist lahkuda ning on piiratud väiksema mõõtmega. See viib ettekujutusele, et meie universum võib koosneda ühest või mitmest D3-braanist. Seotud stringid moodustavad peaaegu kõik elementaarosakesed, sealhulgas footonid, elektronid ja kvargid. Kinnised stringid aga pole braani külge kinnitunud ning nad eksisteerivad vabalt. Nende vastastikmõju braani osakestega on piiratud. Nende jõud jaotub paljude mõõtmete vahel. Sellise osakese kandidaat on näiteks graviton, gravitatsiooni vaheosake. See seletaks, miks suur ühendteooria haarab seni ainult kolm neljast fundamentaalsest vastastikmõjust ja miks gravitatsioon on võrreldes teiste vastastikmõjudega nii nõrk. Samuti saame elegantse lahenduse tumeenergia ja tumeaine probleemile: et graviton saab braanide vahel liikuda ja mitme braaniga vastastikmõjus olla, saab teine universum olla meie universumiga gravitatsioonilises vastastikmõjus olla, mida meie siis käsitame tumeenergia ja tumeainena. Ent see tähendaks ka hälbeid praegusest gravitatsiooniseadusest. Kvantefektid ja gravitatsioonilised vastastikmõjud võivad D-braane deformeerida ja võnkuma panna. Seni ei ole selle nähtuse rahuldavat matemaatilist käsitlust. On alust arvata, et D-braanid võivad muutuda ebastabiilseks ja laguneda. On teada ka mõned väga deformeerunud (sfäärilised) D-braanid, mis võivad esineda kõverates ruumides. Kõigi võimalike D-braanide klassifikatsioon on lahtine probleem, millel on suur tähtsus stringiteooria, eriti selle vaakumistruktuuri mõistmiseks. Teised kaalutlused viivad mõttele, et selliseid braane on palju ja nad kujutavad endast paralleeluniversumeid. Et braanid võivad vabalt ruumis liikuda, võivad nad kokku põrgata. Sel juhul vabaneks nii suur energiahulk, mis on kujutletav ainult Suure paugu puhul. See on viinud ekpürootilise universumi mudelini, mille järgi meie universum tekkiski sellise kokkupõrke tagajärjel. Braanikosmoloogia