В теорията на струните, малки парченца струни заместват традиционните субатомни частици.
Пол М. Сътър е астрофизик от SUNY Stony Brook и Института Flatiron, домакин на Попитайте Космонавт и Космическо радиои автор на „Вашето място във Вселената.„Sutter допринесе за тази статия Гласовете на експертите на Space.com: Op-Ed & Insights.
Теорията на струните се надява да бъде буквална теория за всичко, единна обединяваща рамка, която обяснява цялото многообразие и богатство, което виждаме в Космоса и в нашите сблъсъци на частици, от начина, по който гравитацията се държи до каквото и да дяволите тъмна енергия е защо електроните имат масата, която правят. И макар да е потенциално мощна идея, която, ако се отключи, напълно ще революционизира разбирането ни за физическия свят, тя никога не е била пряко изпробвана.
Има обаче начини да се проучат някои от основите и потенциалните последици от теория на струните, И макар тези тестове да не доказват директно теорията на струните по един или друг начин, те ще помогнат за засилване на нейния случай. Нека да проучим.
Тревожен проблем
Първо обаче трябва да проучим защо теорията на струните е толкова трудна за тестване. Има две причини.
Теченията на струнната теория са изумително малки, смята се, че са някъде около скалата на Планк, широки 10-34 метра. Това е далеч, далеч по-малко от всичко, което е възможно да се надяваме да проучим дори с най-прецизните си инструменти. Всъщност струните са толкова малки, че ни се струват като точковидни частици, като електрони и фотони и неутрони. Просто никога не можем да се взираме директно в низ.
С тази малка е свързана енергийната скала, необходима за изследване на режимите, където теорията на струните всъщност има значение. Към днешна дата имаме два различни подхода за обяснение на това четири сили на природата, От една страна имаме техниките на квантовата теория на полето, които осигуряват микроскопично описание на електромагнетизма и двете ядрени сили. А от другата имаме обща относителност, което ни позволява да разберем гравитацията като огъване и изкривяване на космическото време.
За всички случаи, които можем директно да изследваме, използването на един или друг е просто добре. Теорията на струните влиза в игра само когато се опитваме да комбинираме и четирите сили с едно описание, което наистина има значение само при най-високите енергийни мащаби - толкова високи, че никога не бихме могли да изградим машина, която да достигне такива височини.
Но дори и да можем да създадем сблъсък на частици, за да изследваме директно енергиите на квантовата гравитация, не бихме могли да изпробваме теорията на струните, тъй като към момента теорията на струните не е пълна. Тя не съществува. Имаме само приближения, които се надяваме да се доближат до действителната теория, но нямаме представа колко сме правилни (или грешни). Така че теорията на струните дори не е до задачата да правим прогнози, които бихме могли да сравним с хипотетичните експерименти.
Космически блус
Въпреки че не можем да достигнем енергията, необходима в нашите колички за частици, за да надникнем в дълбочина в потенциалния свят на струните, преди 13,8 милиарда години цялата ни вселена беше котел на основните сили. Може би бихме могли да добием някои строги прозрения, като разгледаме историята на големият взрив.
Едно предложение, изказано от теоретиците на струните, е друг вид теоретичен низ: космическата струна. Космическите струни са дефекти, обхващащи вселената в космическото време, оставащи от най-ранните моменти на Големия взрив и са доста общо предсказване на физиката на онези епохи от Вселената.
Но космически струни може да са и супер-дупер-опънати струни от теорията на струните, които обикновено са толкова малки, че „микроскопичните“ са твърде големи на дума, но са били опънати и изтеглени от непрекъснатото разширяване на Вселената. Така че, ако намерихме космическа струна, която плава наоколо в Космоса, можем да я изучим внимателно и да проверим дали наистина е нещо, предвидено от теорията на струните.
Към днешна дата в нашата вселена не са открити космически струни.
Все пак търсенето продължава. Ако намерихме космическа струна, тя не би трябвало да утвърди теорията на струните - ще трябва да се свърши много повече работа, както теоретично, така и наблюдателно, за да се раздели предсказанието на теорията на струните от версията на пробив в пространството-време.
Не толкова суперсиметрия
Все пак може да успеем да вземем някои интересни улики и една от тези улики е суперсиметрията, Суперсиметрията е хипотезирана симетрия на природата, която свързва всички фермиони (градивните елементи на реалността като електрони и кваркове) с бозоните (носители на силите като глуони и фотони) в една рамка.
Машината за свръхсиметрия първо беше разработена от теоретици на струните, но взе огъня като интересен път за всички високоенергийни физици, които потенциално могат да разрешат някои проблеми с Стандартен модел и правят прогнози за нова физика. В рамките на теорията на струните, суперсиметрията позволява на низовете да описват не само силите на природата, но и градивните елементи, давайки на тази теория силата да бъде наистина теория на всичко.
Така че, ако намерим доказателства за свръхсиметрия, това няма да докаже теория на струните, но би било основна стъпка.
Не открихме доказателства за свръхсиметрия.
Най- Голям адронов сблъсък (LHC) беше изрично проектиран да изследва суперисиметрията или поне някои от най-простите и най-лесно достъпни версии на суперисиметрия, като търси нови частици, предвидени от теорията. LHC се оказа напълно празен, без дори полъх на нова свръхсиметрична частица, изтривайки всички най-прости идеи за суперсиметрия напълно от картата.
И макар този отрицателен резултат да не изключва теорията на струните, това също не го прави да изглежда твърде страхотно.
Ще имаме ли един ден доказателства дори за едно от основите или страничните прогнози на теорията на струните? Невъзможно е да се каже. Много надежди бяха възложени на свръхсиметрия, която досега не успя да даде, и остават въпросите дали си струва да се изграждат още по-големи колиери, за да се опитаме да натискаме по-силно на суперсиметрията, или ако просто трябва да се откажем и да опитаме нещо друго.
- Как Вселената би могла да има повече измерения
- Мистериозните частици, извиващи се от Антарктида, се противопоставят на физиката
- Големият взрив: Какво наистина се случи при раждането на нашата Вселена?
Научете повече, като слушате епизода "Струва ли струнната теория? (Част 6: Вероятно трябва да тестваме това)" в подкаста Ask A Spaceman, достъпен на качи и в мрежата наhttp://www.askaspaceman.com, Благодарение на Джон С., Захари Х., @edit_room, Матю Й., Кристофър Л., Кризна У., Саян П., Неха С., Закари Х., Джойс С., Маурисио М., @shrenicshah, Панос Т ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. за въпросите, довели до това парче! Задайте собствения си въпрос в Twitter, като използвате #AskASpaceman или като следвате Пол @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter.
