Prežije teória strún zvláštny experiment? V hre je objav, ktorý môže prepísať základy fyziky
Fyzici sa pokúsia nájsť penta-plet častíc, ktorý by podľa teórie strún nemal existovať. Ak sa im to podarí, bude potrebné prehodnotiť celú koncepciu tejto teórie a možno aj pochopiť temnú hmotu.
Vo svete vedy sa pripravuje experiment, ktorý by mohol výrazne zmeniť náš pohľad na jednu zo súčasných veľkých teórií, teóriu strún. Vedci chcú nájsť päť nových častíc, ktoré tvoria takzvaný 5-plet. Podľa tejto predpovede však takéto častice nemôžu existovať. Ak by sa ich podarilo objaviť vo Veľkom hadrónovom urýchľovači LHC, najväčšom zariadení na skúmanie častíc na svete, znamenalo by to, že teória strún potrebuje zásadné prehodnotenie. Navyše by sme mohli získať nový pohľad na záhadnú temnú hmotu, ktorá tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre. Na tému upozornil portál SciTechDaily.
Fyzika dnes stojí na dvoch hlavných pilieroch. Prvým je štandardný model, ktorý popisuje všetky známe častice a tri základné sily, teda elektromagnetizmus, slabú a silnú jadrovú silu. Druhým je Einsteinova všeobecná teória relativity, ktorá vysvetľuje gravitáciu ako zakrivenie priestoru a času.
Problém je, že tieto dve teórie sa medzi sebou nevedia zosúladiť. Štandardný model vníma sily ako pôsobenie častíc, zatiaľ čo relativita chápe gravitáciu ako zmenu tvaru samotného priestoru.
„Gravitácia jednoducho nezapadá do štandardného modelu,“ hovorí teoretický fyzik Jonathan Heckman z University of Pennsylvania.
Jeho tím spolu s doktorandkou Rebeccou Hicksovou sa rozhodol hľadať časticu, ktorú teória strún jednoznačne zakazuje. Ak by sa im podarilo takúto časticu nájsť pomocou LHC, znamenalo by to obrovský problém pre teóriu.
Teória strún sa snaží spojiť tieto dva základné modely, kvantovú mechaniku a gravitáciu. Podľa nej nie sú subatomárne častice len „bodkami“, ale malými strunami, ktoré vibrujú rôznymi spôsobmi. Tieto vibrácie vytvárajú častice a sily, vrátane údajného gravitónu, častice zodpovednej za gravitáciu. Túto teóriu si môžeš predstaviť ako analógiu na svetlo, kde je fotón časticou aj vlnou. Teória však stojí na zložitých matematických základoch a vyžaduje existenciu až desiatich alebo jedenástich dimenzií. To je oveľa viac než bežné tri priestory a jeden čas. Tieto dodatočné dimenzie sú však veľmi malé a pre nás neviditeľné.
Neprehliadni
Keďže dôležité prejavy teórie strún sa objavujú len pri veľmi vysokej energii, je pre fyzikov veľkou výzvou ju dokázať v praxi. Mnohí fyzici preto hľadajú možnosti, ako ju overiť. Heckman a jeho tím sa rozhodli skúsiť opačný prístup. Hľadať častice, ktoré podľa teórie existovať nemajú. Ako spomína Hicksová, ide o test, ktorý môže teóriu veľmi rýchlo zlomiť, ak je teda nesprávna.
Vedci sa skúšajú zamerať na skupiny súrodencov medzi časticami. Elektrón a neutríno sú napríklad príkladom dubletu, teda dvojice príbuzných častíc. 5-plet je však päťčlenná skupina, ktorú podľa teórie strún nájdeme len veľmi ťažko alebo vôbec. Jednou zo zvláštnych častíc v penta-plete je Majoranov fermión, ktorý je svojou vlastnou antičasticou. Môžeš si to predstaviť ako mincu, ktorá má na oboch stranách rovnakú hlavu. Objavenie takejto častice by výrazne spochybnilo súčasné modely a spôsobilo by to veľký problém pre vedcov.
Hicksová vysvetľuje, že vznik 5-pletových častíc vyžaduje veľmi veľa energie, preto je ich narodenie v LHC veľmi zriedkavé. Navyše sa tieto častice rýchlo rozpadajú na produkty, ktoré je ťažké zaznamenať. Tieto produkty vytvárajú takzvané miznúce stopy, teda stopy, ktoré sa náhle stratia. Našťastie, detektory v rámci LHC, ako ATLAS či CMS, sú na takéto javy pripravené a sledujú ich s neuveriteľnou presnosťou.
Nádej spočíva v tom, že neutrálny člen penta-pletu môže byť kandidátom na temnú hmotu. Tajomnú látku, ktorá tvorí až 85 percent celkovej hmoty vesmíru. Zatiaľ presne nevieme, z čoho sa táto esencia skladá. Preto je hľadanie jej častíc pre vedcov veľmi dôležité. Ak by sa 5-plet našiel s hmotnosťou okolo 10 teraelektronvoltov, čo je asi desaťtisíckrát viac než protón, hodilo by sa to do mnohých modelov vzniku temnej hmoty po Veľkom tresku.
Doterajšie výsledky z detektora ATLAS ukázali, že ľahšie 5-plety s hmotnosťou do 650 až 700 GeV pravdepodobne neexistujú. To znamená, že prípadné 5-plety musia byť výrazne ťažšie a ich hľadanie bude pokračovať vo vyšších energetických hladinách.
„Nechceme zlomiť teóriu strún,“ hovorí Hicksová. „Len ju chceme dôkladne testovať a posunúť hranice nášho poznania.“ Ak teória obstojí, posunieme sa bližšie k pochopeniu fungovania vesmíru. Ak nie, čaká nás veľký krok vpred k novej fyzike.
