|
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες διαφωνούσαν με τη θεωρία χορδών
- μια θεωρία του Κόσμου που υποστηρίζει ότι οι θεμελιώδη δυνάμεις και η
ύλη στη φύση μπορούν να αναχθούν σε μικροσκοπικές μονοδιάστατες ίνες, τις
χορδές - επειδή δεν κάνει προβλέψεις που μπορούν να δοκιμαστούν.
Όμως τώρα ερευνητές του πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο, του
Carnegie Mellon και του Τέξας στο Ώστιν έχουν αναπτύξει ένα σημαντικό
πείραμα για αυτήν την αμφισβητούμενη "θεωρία του παντός".
Η δοκιμασία τους, που περιγράφεται στο περιοδικό Physical Review Letters
της 26ης Ιανουαρίου, περιλαμβάνει μετρήσεις σε επιταχυντές για το πώς πολύ
μικρά σωματίδια υψηλής ενέργειας σκεδάζονται κατά τη διάρκεια συγκρούσεων μεταξύ
σωματιδίων. Οι περισσότεροι φυσικοί θεωρούν ότι αυτές οι συγκρούσεις θα
είναι αισθητές στο Μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων (LHC), έναν επιταχυντή στον
οποίο θα συγκρούονται μεταξύ τους υποατομικά σωματίδια και ο οποίος
σχεδιάζεται να ξεκινήσει μέχρι το τέλος του 2007 στο CERN.
"Η εργασία μας δείχνει ότι, σε γενικές γραμμές, η θεωρία χορδών μπορεί να
δοκιμαστεί με έναν μη συνηθισμένο τρόπο," εξήγησε ο Ira Rothstein, ένας
από τους συντάκτες της ανακοίνωσης και καθηγητής της φυσικής στο Carnegie
Mellon.
Ο Rothstein και οι συνάδελφοι του Jacques Distler, καθηγητής της φυσικής
στο πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, Benjamin Grinstein, καθηγητής της
φυσικής στο πανεπιστήμιο του Σαν Ντιέγκο και ο μεταπτυχιακός σπουδαστής Rafael Porto
ανέπτυξαν μια δοκιμή που βασίζεται σε μελέτες για το πόσο ισχυρά
σκεδάζεται το μποζόνιο W (φορέας της ηλεκτρασθενούς δύναμης η οποία μας
λέει με ποιον τρόπο αλληλεπιδρούν τα σωματίδια μεταξύ τους) στις υψηλής
ενέργειας συγκρούσεις σωματιδίων, που παράγονται μέσα σε έναν επιταχυντή.
Όταν ο LHC ανοίξει οι επιστήμονες θα αρχίσουν να ερευνούν τη
διασπορά των μποζονίων W, η οποία δεν είναι δυνατόν να μετρηθεί στους
άλλους επιταχυντές. Επειδή η νέα δοκιμασία της θεωρίας χορδών προκύπτει
μέσα από τη μέτρηση της διασποράς των μποζονίων W, θα μπορούσε τελικά να
εκτελεσθεί μόνο στον LHC, σύμφωνα με τους συντάκτες της εργασίας.
"Η ομορφιά του πειράματος μας είναι η απλότητα των υποθέσεών του", εξήγησε
ο Grinstein. "Οι κανονικές μορφές της θεωρίας χορδών περιλαμβάνουν τρεις
μαθηματικές υποθέσεις - το αναλλοίωτο Lorentz (οι νόμοι της φυσικής είναι
οι ίδιοι για όλους τους ομοιόμορφα κινούμενους παρατηρητές), την
αναλυτικότητα (κριτήρια μιας ομαλότητας για τη σκέδαση των υψηλής
ενέργειας σωματιδίων μετά από μια σύγκρουση) και τη μοναδικότητα (unitarity)
- όλες οι πιθανότητες όταν προστεθούν κάνουν ένα). Η δοκιμασία μας θα
θέσει τα όρια σε αυτές τις υποθέσεις."
Και πρόσθεσε, "εάν η δοκιμασία δεν βρει ότι προβλέπει η θεωρία για τη
σκέδαση των μποζονίων W, αυτό θα ήταν στοιχεία ότι μια από τις βασικές
μαθηματικές υποθέσεις της θεωρίας χορδών παραβιάζεται. Με άλλα λόγια, η
θεωρία χορδών - στην κύρια της μορφή- θα αποδεικνυόταν αδύνατη."
"Εάν τα όρια είναι ικανοποιητικά, ακόμα δεν θα ξέραμε ότι η θεωρία χορδών
είναι σωστή", αναφέρει ο Distler. "Αλλά, εάν τα όρια παραβιάζονται, θα
ξέραμε ότι η θεωρία χορδών, όπως γίνεται κατανοητή αυτήν την περίοδο, δεν
θα μπορούσε να είναι σωστή. Κατ' ελάχιστο, η θεωρία αυτή θα έπρεπε να
αναδιαμορφωθεί με έναν ιδιαίτερα σημαντικό τρόπο."
 Η θεωρία χορδών προσπαθεί να ενοποιήσει τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις
της φύσης (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, καθώς τις ισχυρές και ασθενείς
δυνάμεις) με την προϋπόθεση ότι τα πάντα στο πιο βασικό επίπεδο
αποτελούνται από νήματα ενέργειας που δονούνται με διάφορους ρυθμούς και
μάλιστα στις πολλαπλάσιες, άγνωστες διαστάσεις. Αυτές οι "χορδές" παράγουν
όλες τις γνωστές δυνάμεις και τα σωματίδια στον Κόσμο, συμφιλιώνοντας κατά
συνέπεια τη θεωρία του Einstein της γενικής σχετικότητας (το μεγάλο) με
την κβαντική μηχανική (το μικρό).
Οι υπερασπιστές λένε ότι η θεωρία χορδών είναι κομψή και όμορφη. Οι
σχισματικοί υποστηρίζουν πάλι ότι δεν κάνει προβλέψεις που να εξετάζονται
πειραματικά, κι έτσι η θεωρία δεν μπορεί να αποδειχθεί ή να ακυρωθεί. Και
κανένας επιταχυντής σωματιδίων δεν υπάρχει ακόμα που να μπορεί να επιτύχει
τις υψηλές ενέργειες που απαιτούνται για να ανιχνεύσουμε τις χορδές. Λόγω
αυτού του τεχνικού περιορισμού, οι δοκιμές της θεωρίας χορδών έχουν
παραμείνει αδύνατες μέχρι τώρα.
"Δεδομένου ότι δεν έχουμε μια πλήρη κατανόηση της θεωρίας χορδών, είναι
αδύνατο να αποκλείσουμε όλα τα πιθανά μοντέλα που είναι βασισμένα στις
χορδές", λέει ο Rothstein. "Εντούτοις, τα περισσότερα μοντέλα της
θεωρίας χορδών είναι βασισμένα σε ορισμένες μαθηματικές υποθέσεις, και
αυτό που έχουμε παρουσιάσει στην εργασία μας είναι ότι τέτοιες θεωρίες
χορδών έχουν μερικές καθορισμένες προβλέψεις που μπορούν να δοκιμαστούν."
|
