Οι πρόσθετες διαστάσεις της θεωρίας χορδών πρέπει να είναι μικρότερες από το μισό πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας

Πηγή: Scientific American, 16 Ιανουαρίου 2007

Εάν υπάρχουν οι πρόσθετες διαστάσεις του χώρου, πρέπει να είναι μικρότερες από το μισό πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, σύμφωνα με τις νέες μετρήσεις της δύναμης της βαρύτητας σε μικρές αποστάσεις. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ίδιος νόμος που κυβερνά την βαρυτική έλξη μεταξύ των πλανητών συνεχίζει να λειτουργεί κι όταν τα αντικείμενα απέχουν μεταξύ τους και σε πολύ μικρές αποστάσεις, όπως 56 μικρά. Η ανακάλυψη αυτή που αποκλείει πρόσθετες διαστάσεις 44 μm ή και περισσότερο, υποβλήθηκε προς δημοσίευση στο Physical Review Letters.

Η ανακάλυψη των πρόσθετων διαστάσεων με το σχετικά τεράστιο μέγεθος μερικών μικρών θα πρόσφερε θεαματική επιβεβαίωση για τη θεωρία χορδών, μια αναπόδεικτη ακόμα θεωρία που μπορεί να ενοποιήσει τη βαρύτητα με την κανονικά ασυμβίβαστη σφαίρα της κβαντικής φυσικής. "Ακόμα κι αν δεν έχουμε δει τίποτα, αυτά τα αποτελέσματα βάζουν όρια σε τι μπορούν να προτείνουν οι θεωρητικοί φυσικοί", λέει ο πειραματικός φυσικός και συντάκτης της μελέτης  Eric Adelberger του πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον. "Η δοκιμή του νόμου του αντίστροφου τετραγώνου [που ακολουθεί ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα] είναι ένας σημαντικό όπλο για να ψαχτούν οι πρόσθετες διαστάσεις."

"Είμαι μεγάλος θαυμαστής αυτής της κατηγορίας πειραμάτων Θεωρώ ότι είναι τρομεροί", λέει ο θεωρητικός φυσικός σωματιδίων Raman Sundrum του πανεπιστημίου Johns Hopkins. Σε γενικές γραμμές, τέτοιες δοκιμές θα μπορούσαν να αποκλείσουν τις θεωρίες των πρόσθετων διαστάσεων μεγέθους μικρών, λέει. Για να μελετήσουν τέτοια ζητήματα οι ερευνητές θα ανέμεναν κανονικά να χρησιμοποιήσουν τους γιγαντιαίους επιταχυντές σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Συγκρουόμενων Αδρονίων (LHC), που θα τεθεί σε λειτουργία στη Γενεύη τέλος του έτους αυτού.

Ο Sundrum λέει ότι ο LHC μπορεί ακόμα και να δει τις μεγάλες πρόσθετες διαστάσεις, επειδή το νέο αποτέλεσμα αφήνει το δρόμο ανοικτό για κάτι τέτοιο. "Δεν σκοτώνει αυτό το σενάριο," αναφέρει.

Χωρίς να έχουν κανένα φανερό λόγο για να ελέγξουν, οι ερευνητές, μέχρι πριν μερικά χρόνια, δεν είχαν μετρήσει ποτέ τη δύναμη της βαρύτητας για αντικείμενα που απείχαν λιγότερο από ένα χιλιοστό. Αλλά προς το τέλος της δεκαετίας του '90, μερικοί φυσικοί πρότειναν ότι η θεωρία χορδών μπορεί να αναγκάσει τη βαρύτητα να γίνεται ισχυρότερη σε τέτοιες αποστάσεις εάν το σύμπαν είχε σχετικά μεγάλες πρόσθετες διαστάσεις, πλάτους μερικών μικρών. Η θεωρία χορδών απαιτεί το διάστημα να έχει πρόσθετες διαστάσεις πάνω τις τρεις γνωστές, τις οποίες εύκολα μπορούμε να δοκιμάσουμε, αλλά οι ερευνητές είχαν υποθέσει ότι αυτές οι διαστάσεις είναι εξαιρετικά μικροσκοπικές.

Καμιά πρόσθετη διάσταση δεν έχει βρεθεί ακόμα: Ένα όμως πολύ προσεκτικό πείραμα για τη μέτρηση της έλξης της βαρύτητας σε μια αιωρούμενη μάζα χρυσού έχει βάλει νέους περιορισμούς για το πιθανό μέγεθος των πρόσθετων διαστάσεων της θεωρίας χορδών.

Ο Adelberger και οι συνάδελφοί του στο πείραμα Eot-Wash όπως ονομάζεται έχουν ανοίξει το δρόμο για τον έλεγχο της δύναμης της βαρύτητας σε πολύ μικρές αποστάσεις. Όπως και στα προγενέστερα πειράματα, χρησιμοποίησαν ένα μικρό μεταλλικό εκκρεμές που αιωρείται πάνω από ένα ζευγάρι συγχωνευμένων μεταλλικών δίσκων σε μορφή στήλης, που ασκούσαν μια ελκτική δύναμη βαρύτητας πάνω σε ένα μεταλλικό δαχτυλίδι στο κατώτατο σημείο του εκκρεμούς.

Το δαχτυλίδι και ο ανώτερος δίσκος περιείχαν μια σειρά από οπές που ταίριαζαν. Εάν οι οπές ήταν σε ευθυγράμμιση , τότε η βαρύτητα ασκούσε έλξη στο εκκρεμές κατ' ευθείαν κάτω, αλλά εάν οι τρύπες δεν ήταν σε ευθυγράμμιση, η βαρύτητα του δίσκου έστριβε το εκκρεμές. Κατά συνέπεια, το πείραμα ήταν σε θέση να μετρήσει τη δύναμη της βαρύτητας στην απόσταση μεταξύ του δαχτυλιδιού και του ανώτερου δίσκου.

Το κλειδί για το πείραμα είναι ο χαμηλότερος δίσκος, ο οποίος περιέχει οπές με διαφορετικά μεγέθη που έχουν σχεδιαστεί για να αποκλείσουν τη συστροφή που προκαλείται από τον ανώτερο δίσκο όταν είναι το δαχτυλίδι και οι δίσκοι σε ορισμένους προσανατολισμούς. Εάν αυτός ο αποκλεισμός δεν γίνει, αυτό σημαίνει ότι η δύναμη μεταξύ του δαχτυλιδιού και του ανώτερου δίσκου έχει αλλάξει, είτε επειδή η δύναμη της βαρύτητας έχει αλλάξει είτε επειδή κάποια νέα δύναμη έχει επέμβει που δεν έχει καμία επίδραση στην ελαφρώς μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ του δαχτυλιδιού και του κατώτατου δίσκου.

Στο προηγούμενο πείραμά τους, η ομάδα Eot-Wash είχε αποκλείσει να είναι μια πρόσθετη διάσταση μεγαλύτερη από 160 μικρόμετρα. Αυτή τη φορά οι ερευνητές πέτυχαν μεγαλύτερη ευαισθησία με τη χρησιμοποίηση περισσότερων οπών και την κάλυψη των συσκευών με χρυσό για να αποκλείσουν τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις μεταξύ του δαχτυλιδιού και των δίσκων.

Ο Adelberger λέει ότι μπορεί να είναι σε θέση να φτάσουν σε αποστάσεις λίγων μικρών, αλλά θα ήταν πολύ δύσκολο. "Καθώς οι διαστάσεις γίνονται ολοένα και πιο μικρές, η δύναμη που προκαλούν γίνεται μικρότερη πολύ πιο γρήγορα," λέει. Η προσπάθεια εν τούτοις θα μπορούσε να το άξιζε. Ο Sundrum τονίζει ότι εάν οι πρόσθετες διαστάσεις αποτύχουν να εμφανιστούν σε αυτή την απόσταση, θα μείωνε πιθανώς αυτό τον κλάδο της θεωρίας χορδών.