Nasz Wszechświat może ukrywać coś zaskakującego: dodatkowe wymiary, które mogą być kluczem do rozwiązania dwóch najbardziej zagadkowych pytań współczesnej fizyki. Ciekawe podejście oferuje nowe badanie teoretyczne przeprowadzone przez profesora Dietera Lusta i jego współpracowników. Według ich teorii przestrzeń może zawierać dwa ukryte wymiary, każdy o wielkości około mikrona. Pomiary te mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego siły we wszechświecie tak bardzo się różnią, a także dlaczego energia próżni jest tak niska.
Problem hierarchii: dlaczego masy cząstek są tak małe?
Jedną z głównych tajemnic fizyki jest problem hierarchii cechowania. Polega to na tym, że masy cząstek opisane przez Model Standardowy (np. bozon Higgsa) są tak małe w porównaniu ze skalą grawitacji. Na przykład energia związana z masą Plancka (około 10^19 gigaelektronowoltów) jest o 16-17 rzędów wielkości większa niż energia bozonu Higga (około 1 TeV). Ta ogromna rozbieżność stała się jednym z najważniejszych wyzwań dla fizyków.
Druga zagadka, problem hierarchii kosmologicznej, związany jest z energią próżni. Energia ta, która prowadzi do przyspieszonej ekspansji Wszechświata, jest również o rząd wielkości mniejsza od wartości oczekiwanych. Jeśli dodatkowe wymiary mogą pomóc w wyjaśnieniu problemu hierarchii cechowania, mogą również pomóc w rozwiązaniu pytania, dlaczego energia próżni jest tak mała.
W jaki sposób dodatkowe pomiary mogą pomóc?
Teoria Lusta i jego współpracowników oferuje interesujące rozwiązanie: dwa dodatkowe wymiary o wielkości mikrona. Pomiary te zmienią zachowanie grawitacji na bardzo krótkich dystansach, przybliżając ją do innych podstawowych sił. W takim modelu podstawowa skala grawitacji zostaje zmniejszona do 10 TeV, co jest wartością bliższą zakresom energii Modelu Standardowego.
To wyjaśnienie w naturalny sposób łączy dwie zagadki: problem hierarchii i problem próżni. Jeśli masa Plancka okaże się wynosić tylko 10 TeV zamiast wartości przewidywanej przez grawitację, wówczas różnica między teorią a obserwowanymi danymi znacznie się zmniejszy. Dodatkowo dodatkowe wymiary mogą być powiązane z ciemną materią. Cząstki Kaluzy-Kleina, które powstają w wyniku geometrii dodatkowych wymiarów, mogą być kandydatami na nośniki ciemnej materii.
Sprawdzanie teorii: co dalej?
Chociaż teoria jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, znalazła już odpowiedź wśród eksperymentatorów. Istniejące i opracowywane instrumenty mogą mierzyć odchylenia od prawa Newtona w odległości mikronowej. Eksperymenty te mogą w ciągu kilku lat dać odpowiedź na pytanie o istnienie dodatkowych wymiarów.
Możliwe jest również sprawdzenie tej teorii poprzez eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), który bada poziomy energii w okolicach 10 TeV.
Wniosek
Jeśli teoria jest poprawna, zmieni to nasze rozumienie wszechświata na podstawowym poziomie. Dwa dodatkowe wymiary o wielkości mikrona mogą wyjaśnić dwie największe tajemnice współczesnej fizyki, a nawet stanowić klucz do zrozumienia ciemnej materii. Jak mówi sam Dieter Lust: „Moglibyśmy przetestować sam kształt naszego Wszechświata – i jego ukryte wymiary – w laboratorium”.
Otwiera to nowe horyzonty w fizyce podstawowej i podkreśla znaczenie eksperymentalnego potwierdzenia założeń teoretycznych
