Znanstvenici su izračunali da bi otkriće samo jedne neuobičajene čestice moglo ozbiljno dovesti u pitanje sve dosad razvijene modele teorije struna. Riječ je o tipu čestice koju, prema trenutnim spoznajama, nijedan poznati strunaški model ne može objasniti.
Što bi moglo pobiti desetljeća teorijskog rada
Teorija struna već gotovo pola stoljeća pokušava objediniti četiri temeljne sile fizike u jedinstvenu matematičku strukturu. No, nova studija objavljena u časopisu Physical Review Research pokazuje da bi otkriće određene čestice u Velikom hadronskom sudaraču (LHC) bilo dovoljno da se svi postojeći modeli teorije struna — doslovno — isključe.
Znanstvenici tvrde da bi otkriće čestice u takozvanom višedimenzionalnom SU(2)L multipletu — na primjer, u grupi od pet čestica povezanih posebnim pravilima fizike — bilo u suprotnosti sa svime što teorija struna predviđa. Takva čestica, ako bi se ikad otkrila u eksperimentu, pokazala bi da poznati modeli teorije struna jednostavno ne vrijede.
Što su zapravo SU(2)L multipleti?
SU(2)L je komponenta Standardnog modela odgovorna za slabu nuklearnu interakciju, ključnu u procesima poput beta raspada. Čestice u ovom okviru klasificiraju se prema načinu na koji se ponašaju unutar te simetrije, a to ponašanje se izražava kroz tzv. reprezentacije — singlete, dublete, triplete i tako dalje.
Kod dosad poznatih elementarnih čestica, poput elektrona ili neutrina, te reprezentacije su niskodimenzionalne. Petorke ili još veće strukture teoretski bi postojale, ali se nikada nisu detektirale. Važno je istaknuti da bi takve čestice imale potpuno drugačije međudjelovanje s drugim silama i bile bi izuzetno rijetke, ako uopće postoje.
Upravo zato bi njihovo postojanje bilo dramatično — ako se pojave, zna se da ih teorija struna ne može predvidjeti.
Što su Majorana fermioni?
Posebna pozornost u studiji posvećena je tzv. Majoran fermionima, česticama koje su vlastite antipartikule. Prvi ih je predložio talijanski fizičar Ettore Majorana 1937., a u suvremenoj fizici smatraju se mogućim kandidatima za tamnu tvar.
Za razliku od Diracovih fermiona, koje poznajemo kao uobičajene čestice poput elektrona, Majorana fermioni mogu imati jedinstvena svojstva u kontekstu simetrija poput SU(2)L. U ovom slučaju, istraživači razmatraju upravo takve čestice u višedimenzionalnim reprezentacijama — kombinacija koja bi se izričito kosila s teorijom struna.
Teorija struna često se opisuje kao elegantan, ali eksperimentalno neuhvatljiv okvir. Već desetljećima fizičari ističu da njena ogromna fleksibilnost omogućuje gotovo sve scenarije — što je ujedno i njena slabost. Ako teorija može objasniti sve, teško ju je staviti na kušnju.
Upravo zato ova studija ima poseban značaj. Umjesto da traže potvrde, autori predlažu uvjete u kojima bi teorija mogla pasti. To je znanstveno zdrav pristup jer svaka teorija postaje ozbiljna tek kada možemo precizno reći što bi ju opovrglo.
Kako bi ta čestica mogla izgledati?
Znanstvenici predlažu jednostavan, ali testabilan model: izolirani Majorana fermion mase od nekoliko stotina GeV do nekoliko TeV, koji bi pripadao višedimenzionalnoj SU(2)L reprezentaciji, bez ikakvih dodatnih novih čestica. Takva bi čestica bila neutralna po boji i hipernabojem, zbog čega bi bila teško uočljiva, ali moguće detektabilna pomoću specifičnih tragova u detektorima.
Najjasniji potpis? Nestajući trag u detektorima LHC-a — znak nabijene čestice koja se raspada u neutralnu unutar unutarnjih slojeva detektora. Ako bi takav signal bio praćen energijskim mlazom i nestalom energijom, mogao bi upućivati upravo na česticu koju teorija struna ne može predvidjeti.
Kako LHC traži takve tragove?
LHC, smješten u CERN-u kraj Ženeve, ubrzava protone gotovo do brzine svjetlosti i sudara ih u četiri glavna detektora. Kada dođe do sudara, milijuni čestica nastaju u djeliću sekunde, a složeni senzori bilježe njihove tragove.
Za ovakav scenarij, ključni bi bio “nestajući trag” — fenomen u kojem se nabijena čestica detektira, ali naglo nestaje bez očekivanih produkata raspada. To bi bio znak da se pretvorila u neutralnu česticu, koja detektorom može proći neopaženo.
Autori su analizirali postojeće pretrage ATLAS-ova eksperimenta, fokusirajući se na “wino” čestice — predviđene u supersimetriji — i prilagodili ih kako bi testirali moguće višedimenzionalne SU(2)L fermione. Njihove procjene pokazuju da je LHC već isključio postojanje petorki ispod 675 GeV, a devetorki ispod 400 GeV. Uz buduće nadogradnje, ta bi granica mogla dodatno rasti.
Konačno testiranje — za ili protiv
Teorija struna često je bila meta kritika jer nije pružala eksperimentalno provjerljive tvrdnje. Ova studija po prvi put daje konkretan scenarij u kojem bi se ona mogla srušiti. I to ne zato što je pogrešna u detaljima, već zato što bi bila logički neodrživa.
Autori ističu da pravo bogatstvo teorije ne leži samo u onome što predviđa, nego i u onome što nije u stanju objasniti. “Važno je razvijati scenarije u kojima bi otkriće određene pojave automatski falsificiralo poznate modele”, navode.
Iako zasad nema eksperimentalnog dokaza za ovu česticu, istraživači vjeruju da je moguće da će se pojaviti u budućim eksperimentima — bilo u LHC-u, njegovim nasljednicima ili u detektorima tamne tvari.
“Ne želimo da teorija struna propadne. Testiramo joj granice”, izjavio je suautor studije dr. Jonathan Heckman sa Sveučilišta u Pennsylvaniji. “Ako preživi, sjajno. Ako ne, naučit ćemo nešto važno o svemiru.”
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
