物理學家一直在弦理論的“景觀”中漫遊——該理論的無數數學解的空間，其中每個解都提供了物理學家描述現實所需的方程型別——他們偶然發現了一組這樣的方程，這些方程具有與我們宇宙中存在的相同的一組物質粒子。
但這絕非一個小子集：至少有一萬億個這樣的解，使其成為弦理論中迄今為止發現的最大的此類集合。
根據弦理論，所有粒子和基本力都來自微小弦的振動狀態。為了數學上的一致性，這些弦在 10 維時空中振動。為了與我們熟悉的日常宇宙體驗（具有三個空間維度和時間維度）保持一致，額外的六個維度被“緊化”以至於無法探測到。
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不同的緊化導致不同的解。在弦理論中，“解”意味著受愛因斯坦引力理論支配的時空真空，該理論與量子場論耦合。每個解都描述了一個獨特的宇宙，具有其自身的一組粒子、基本力和其他此類定義屬性。
一些弦理論家將他們的努力集中在試圖找到將弦理論與我們已知的、可觀測宇宙的屬性聯絡起來的方法上——特別是粒子物理學的標準模型，它描述了所有已知的粒子和它們的所有相互作用力，除了引力。
這項努力的大部分涉及弦相互作用較弱的弦理論版本。然而，在過去的二十年中，一種稱為 F-理論的新弦理論分支使物理學家能夠研究強相互作用或強耦合弦。
“一個有趣且令人驚訝的結果是，當耦合很大時，我們可以開始非常幾何地描述該理論，”費城賓夕法尼亞大學的 Mirjam Cvetic 說。
這意味著弦理論家可以使用代數幾何——它使用代數技術來解決幾何問題——來分析 F-理論中緊化額外維度的各種方法並找到解。數學家一直在獨立研究 F-理論中出現的一些幾何形式。“他們為我們物理學家提供了大量的工具包，” 同樣來自賓夕法尼亞大學的林琳說。“幾何學確實是關鍵……它是使 F-理論成為如此強大框架的‘語言’。”
現在，Cvetic、林琳、波士頓東北大學的 James Halverson 及其同事已經使用這些技術來識別一類具有弦振動模式的解，這些模式導致與標準模型描述的費米子（或物質粒子）相似的譜——包括所有費米子都以三代形式出現（例如，電子、μ子和 τ 子是一種費米子的三代）。
Cvetic 及其同事發現的 F-理論解中的粒子也表現出標準模型粒子的手性或螺旋性。在粒子物理學行話中，這些解再現了標準模型粒子的精確“手性譜”。例如，這些解中的夸克和輕子具有左手和右手版本，就像在我們宇宙中一樣。
這項新工作表明，至少有一萬億個解中的粒子具有與標準模型相同的手性譜，這比迄今為止在弦理論中發現的解多 10 個數量級。“這是迄今為止標準模型解的最大領域，”Cvetic 說。“令人驚訝且實際上也令人欣慰的是，事實證明它位於強耦合弦理論領域，幾何學在那裡幫助了我們。”
一萬億——雖然它比 F-理論解的景觀規模小得多（上次計數顯示為 大約 10272,000）——但仍然是一個非常龐大的數字。“而且因為它是一個非常龐大的數字，並且它在現實世界的粒子物理學中得到了一些重要的正確結果，我們應該認真對待並進一步研究它，”Halverson 說。
進一步的研究將涉及揭示與現實世界粒子物理學更強的聯絡。研究人員仍然需要研究 F-理論解中粒子之間的耦合或相互作用——這再次取決於額外維度緊化的幾何細節。
在萬億個解的空間內，可能存在一些耦合可能導致質子在可觀測的時間尺度內衰變。這顯然與現實世界不符，因為實驗尚未看到任何質子衰變的跡象。或者，物理學家可以尋找實現標準模型粒子譜的解，該譜保留了稱為 R-奇偶性的數學對稱性。“這種對稱性禁止某些質子衰變過程，並且從粒子物理學的角度來看非常有吸引力，但在我們目前的模型中卻缺失了，”林琳說。
此外，這項工作假設了超對稱性，這意味著所有標準模型粒子都具有夥伴粒子。弦理論需要這種對稱性，以確保解的數學一致性。
但是，為了使任何超對稱理論與可觀測宇宙相符，對稱性必須被打破（很像餐館顧客選擇餐具和玻璃杯放在她的左側或右側會“打破”圓桌餐桌設定的對稱性）。否則，夥伴粒子的質量將與標準模型粒子相同——這顯然不是這樣，因為我們在實驗中沒有觀察到任何這樣的夥伴粒子。
至關重要的是，大型強子對撞機 (LHC) 的實驗也表明，超對稱性——如果它是對自然界的正確描述——即使在 LHC 探測的能量尺度下也沒有被打破，因為 LHC 尚未發現任何超對稱粒子。
弦理論家認為，超對稱性可能僅在極高的能量下被打破，這些能量在短期內無法透過實驗達到。“弦理論中的預期是，高尺度 [超對稱性] 破缺完全有可能，這與 LHC 資料完全一致，”Halverson 說。“這需要進一步分析才能確定它是否發生在我們的案例中。”
儘管存在這些警告，但其他弦理論家對這項新工作表示讚賞。“這絕對是在證明弦理論產生許多具有標準模型特徵的解方面向前邁進了一步，”麻省理工學院的弦理論家 Washington Taylor 說。
“這是一項非常好的工作，”哈佛大學的 Cumrun Vafa 說，F-理論的開發者之一。“事實上，您可以安排幾何形狀和拓撲結構，不僅與愛因斯坦方程相符，而且與我們想要的 [粒子] 譜相符，這並非易事。它在這裡運作良好。”
但 Vafa 和 Taylor 都警告說，這些解遠未與標準模型完美匹配。獲得與我們世界的粒子物理學完全匹配的解是弦理論的最終目標之一。Vafa 是那些認為，儘管解的景觀浩如煙海，但存在一個與我們宇宙相匹配的獨特解的人之一。“我敢打賭只有一個，”他說。但是，“要精確定位這一點並不容易。”