V teoriji strun drobni koščki strune nadomestijo tradicionalne subatomske delce.
Paul M. Sutter je astrofizik v SUNY Stony Brook in Inštitutu Flatiron, gostitelj Vprašajte vesoljca in Vesoljski radioin avtor "Vaše mesto v vesolju."Sutter je prispeval ta članek Glasovi strokovnjakov Space.com: Op-Ed & Vpogledi.
Teorija strun upa, da bo dobesedna teorija vsega, en sam poenoten okvir, ki razloži vso raznolikost in bogastvo, ki ga vidimo v kozmosu in v naših trkalcih delcev, od načina, kako se gravitacija obnaša do česar koli temna energija je, zakaj imajo elektroni tako maso, kot jo imajo. In čeprav gre za potencialno močno idejo, ki bi, če bi bila odklenjena, popolnoma spremenila naše razumevanje fizičnega sveta, še nikoli ni bila neposredno preizkušena.
Vendar pa obstajajo načini za raziskavo nekaterih podlag in možnih posledic teorija strun. In čeprav ti testi ne bi tako ali drugače dokazali teorije strun, bi pomagali okrepiti njen primer. Raziskujmo.
Moteč problem
Najprej moramo preučiti, zakaj je teorija strun tako težko preizkusiti. Razloga sta dva.
Strune teorije strun so neverjetno majhne, za katere velja, da so nekje okoli Planckove lestvice, široke 10–34 metrov. To je daleč, veliko manjše od vsega, za kar se lahko nadejamo, da bo preizkusil tudi z našimi najbolj natančnimi instrumenti. Strune so pravzaprav tako majhne, da se nam zdijo kot točkovni delci, kot so elektroni in fotoni ter nevtroni. Preprosto nikoli ne moremo neposredno pogledati v vrvico.
S to majhnostjo je povezana tudi energetska lestvica, ki je potrebna za preverjanje režimov, kjer je teorija strun dejansko pomembna. Od danes imamo na voljo dva različna pristopa za razlago štiri sile narave. Na eni strani imamo tehnike kvantne teorije polja, ki zagotavljajo mikroskopski opis elektromagnetizma in obeh jedrskih sil. In na drugi, ki jo imamo splošna relativnost, ki nam omogoča razumevanje gravitacije kot upogib in upogibanje vesolja.
Za vse primere, ki jih lahko neposredno preučimo, je uporaba enega ali drugega čisto v redu. Teorija strun pride v poštev šele, ko poskušamo združiti vse štiri sile z enim samim opisom, ki je resnično pomemben le na najvišjih energetskih lestvicah - tako visokih, da nikoli ne bi mogli zgraditi stroja za doseganje takšnih višin.
Toda tudi če bi lahko zasnovali trkalnik delcev, da bi neposredno sondirali energije kvantne gravitacije, ne bi mogli preizkusiti teorije strun, saj teorija strun še ni popolna. Ne obstaja. Imamo samo približke, za katere upamo, da se bodo približali dejanski teoriji, vendar nimamo pojma, kako prav (ali narobe) smo. Torej teorija strun sploh ni kos nalogi predvidevanja, ki bi jo lahko primerjali s hipotetičnimi eksperimenti.
Kozmični blues
Čeprav ne moremo doseči energije, ki je potrebna v naših trkalcih delcev, da bi resnično poglobljeno pogledali v potencialni svet strun, je bil pred 13,8 milijardami let celotno vesolje kotel temeljnih sil. Mogoče bi lahko dobili nekaj strogih spoznanj, če pogledamo zgodovino veliki pok.
En predlog teoretikov strun je druga vrsta teoretičnega niza: kozmični niz. Kozmični struni so pomanjkljivosti vesolja v vesolju, preostale od najzgodnejših trenutkov velikega poka, in so precej splošna napoved fizike teh epoh vesolje.
Ampak kozmične strune morda so tudi super-duper-raztegnjeni nizi iz teorije strun, ki so ponavadi tako majhni, da je "mikroskopska" prevelika beseda, vendar so jih raztegnili in potegnili nenehni širitvi vesolja. Torej, če bi našli kozmično vrvico, ki lebdi tam zunaj v kozmosu, bi jo lahko natančno preučili in preverili, ali je res nekaj, kar napoveduje teorija strun.
Do danes v našem vesolju niso našli nobenih kozmičnih strun.
Kljub temu je iskanje sproženo. Če bi našli kozmični niz, ne bi nujno potrdili teorije nizov - treba bi bilo opraviti še veliko več, tako teoretično kot opazovalno, da bi ločili napoved teorije strun od različice razpoka v vesolju.
Ni tako supersimetrija
Kljub temu bi lahko našli nekaj zanimivih namigov, in ena od teh je supersimetrija. Supersimetrija je hipotezirana simetrija narave, ki povezuje vse fermione (gradnike resničnosti, kot so elektroni in kvarki) z bozoni (nosilci sil kot gluoni in fotoni) v enem samem okviru.
Stroje superpersimetrije so najprej razvili teoretiki strun, vendar je ogenj vzel zanimivo pot za vse visokoenergične fizike, da bi lahko rešili nekatere težave z Standardni model in predvidevati novo fiziko. V teoriji strun superpersimetrija omogoča strunam opisovati ne le sile narave, ampak tudi gradnike, ki daje tej teoriji moč, da je resnično teorija vsega.
Torej, če bi našli dokaze za super-simetrijo, to ne bi dokazalo teorije strun, vendar bi to predstavljalo velik korak.
Nismo našli nobenih dokazov o super-simetriji.
The Veliki hadronski trkalnik (LHC) je bil izrecno zasnovan za raziskovanje supersimetrije ali vsaj nekaterih najpreprostejših in najlažje dosegljivih različic superpersimetrije z iskanjem novih delcev, ki jih predvideva teorija. LHC se je popolnoma izpraznil, ne da bi se pri tem narisal nov superpersimetrični delček, in z brisanjem vseh najpreprostejših idej o superimetričnosti povsem z zemljevida.
In čeprav ta negativni rezultat ne izključuje teorije strun, pa tudi ne izgleda preveč.
Ali bomo nekega dne imeli dokaze za celo eno od podlag ali stranskih napovedi teorije strun? Nemogoče je reči. Veliko upanja je bilo pripeto na super-simetrijo, ki je do zdaj ni uspelo uresničiti, še vedno pa ostajajo vprašanja, ali se splača zgraditi še večje trke, da bi se poskušali močneje potisniti na supersimetrijo, ali če bi se morali samo odpovedati in poskusiti kaj drugega.
- Kako bi lahko imelo vesolje več dimenzij
- Skrivnostni delci, ki izvirajo iz Antarktike, kljubujejo fiziki
- Big Bang: Kaj se je v resnici zgodilo ob rojstvu našega vesolja?
Preberite več o poslušanju epizode "Ali je vredna teorija strun? (6. del: Verjetno bi morali to preizkusiti)" v podkastu Ask A Spaceman, ki je na voljo na iTunes in v spletu nahttp://www.askaspaceman.com. Hvala John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. za vprašanja, ki so privedla do tega dela! Zastavite svoje vprašanje na Twitterju s pomočjo #AskASpaceman ali z upoštevanjem Paula @PaulMattSutter in facebook.com/PaulMattSutter.
