Δημιουργία υπερχορδών στο εργαστήριο

Πηγή: PhysicsWeb, 11 Μαίου 2005

Θεωρητικοί φυσικοί στην Ολλανδία πρότειναν έναν τρόπο για να φτιάξουν υπερχορδές στο εργαστήριο. Εάν η ιδέα τους μπορεί να τεθεί σε εφαρμογή, τότε θα επέτρεπε να εξερευνηθούν  πτυχές της θεωρίας χορδών σε ένα πείραμα για πρώτη φορά. Η νέα προσέγγιση στηρίζεται στην εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των ατομικών υπέρψυχρων αερίων.

Οι θεωρητικοί χορδών προσπαθούν να εξηγήσουν όλα τα θεμελιώδη σωματίδια ως δονήσεις μικροσκοπικών χορδών, σε κλίμακες μήκους περίπου 10^-33 μέτρων. Η θεωρία φυσικά περιλαμβάνει "υπερσυμμετρία" - μια συμμετρία που συνδέει τα σωματίδια με ακέραια σπιν, σωματίδια γνωστά ως μποζόνια, με σωματίδια με ημιακέραια σπιν, τα οποία είναι γνωστά ως φερμιόνια. Τα σωματίδια που μεταφέρουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, όπως είναι το φωτόνιο και το γκλουόνιο, είναι μποζόνια, ενώ τα κουάρκ και τα λεπτόνια που αποτελούν την ύλη είναι φερμιόνια. Αν και η θεωρία υπερχορδών είναι ο κύριος υποψήφιος για μια θεωρία του παντός, δεν υπάρχει κανένα πειραματικό στοιχείο μέχρι σήμερα για τις χορδές ή την υπερσυμμετρία.  

Αλλά τώρα οι Michiel Snoek, Masudul Haque, Stefan Vandoren και Henk Stoof του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης έχουν προτείνει ένα "μη-σχετικιστική υπερχορδή κατά Green-Schwarz, με την παγίδευση ενός νέφους υπερψυχρων φερμιονικών ατόμων κατά μήκος του πυρήνα μιας κβαντοποιημένης δίνης σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). Η κατάσταση BEC είναι μια ειδική κατάσταση στην οποία όλα τα σωματίδια είναι στην ίδια κβαντική βασική κατάσταση. Τα μποζονικά άτομα, όπως το ρουβίδιο- 87, μπορούν να έχουν αυτή την κατάσταση επειδή, αντίθετα από τα φερμιόνια, δεν υπακούνε στην απαγορευτική αρχή του Pauli.  

Το μποζονικό τμήμα της υπερχορδής θα αποτελούνταν από μια γραμμή δίνης που δημιουργείται με την γρήγορη περιστροφή ενός μονοδιάστατου BEC σε ένα οπτικό δικτυωτό πλέγμα (δεξιό σχήμα). Μετά, ένα φερμιονικό αέριο ατόμων, όπως είναι το κάλιο- 40, θα παγιδευόταν μέσα σε αυτήν την δίνη, η οποία είναι δυνατή υπό ορισμένους όρους. Ο Snoek και οι συνάδελφοι του λένε ότι πρέπει να είναι δυνατό να παρατηρηθεί η υπερσυμμετρία μεταξύ φερμιονίων και μποζονίων αν συντονιστούν προσεκτικά οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο τύπων ατόμων με ένα λέιζερ.  

Οι κβαντοποιημένες δίνες φάνηκαν αρχικά στο υπέρρευστο ήλιο. Διαμορφώνονται μέσα σε ένα περιστρεφόμενο υπερρευστό, όταν αρχίζει να περιστρέφεται γρηγορότερα από μια ορισμένη κρίσιμη ταχύτητα. Στα μέσα της δεκαετίας του '90 προτάθηκε ότι αυτές οι δίνες θα μπορούσαν να μιμηθούν το σχηματισμό των κοσμικών χορδών στον νεαρό Σύμπαν.