Sciencemag.cz
Doporučujeme
A šlo by to provést i na stávajících zařízeních v CERNu? A jak to souvisí s temnou hmotou?
Problém s teorií strun je její prakticky totální odtržení od pozorovatelné reality. Nevzešlo z ní nic testovatelného. „Dokonce ani ne špatně,“ praví odpůrci (název jedné z populárních knih v češtině). Zastánci hovoří o novém paradigmatu, eventuálně tvrdí, že Popperova falzifikovatelnost není žádná posvátná kráva. V poslední době intenzita těchto sporů poklesla – spolu s tím, jak zájem o struny opadl (posuzováno podle tiskových zpráv vědeckých institucí, pop-science portálů apod.).
Nová studie nyní přichází s myšlenkou, zda bychom přece jen nemohli detekovat něco, co teorie strun nepředpovídá (nebo alespoň některé její verze; ono jde spíše o jakýsi matematický abstraktní rámec než o jedinou teorii).
„Jednou z nevýhod teorie strun je to, že pracuje s matematikou vysokých rozměrů a rozsáhlou krajinou možných vesmírů, takže je ďábelsky obtížné ji experimentálně testovat,“ říká spoluautor nové studie Jonathan Heckman University of Pennsylvania a poukazuje na to, že teorie strun vyžaduje více než známé čtyři rozměry (včetně času), jinak by nebyla matematicky konzistentní.
Většina verzí teorie strun pracuje s celkem 10 nebo 11 prostoročasovými rozměry, přičemž další (=námi nepozorované) rozměry jsou svinuté do extrémně malých rozměrů (kompaktifikované); jedna z v této souvislosti používaných metafor to přirovnává k hadici o extrémně malém průměru, kterou bychom pozorovali jako 1D čáru namísto 3D.
Navíc, jak dodává Heckman, se charakteristické chování teorie strun se zřetelně projevuje až při obrovských energiích, které jsou daleko za hranicemi toho, s čím se běžně setkáváme nebo co vytváříme v současných urychlovačích. Při běžných, nižších energiích vypadají struny jako běžné bodové částice. Spoluautorka článku Rebecca Hicks z Penn´s School dodává, že vibrace a interakce strun jsou pozorovatelné až při extrémně vysokých energiích.
Co ale zkusit teorii naopak falzifikovat? Jednou z možností by bylo najít částice, jejichž existenci tato nedokáže předpovědět, respektive je v sobě nezahrnuje (poznámka PH: i když ani to by neznamenalo, že teorie je nutně zcela chybná, může být i jen neúplná).
Heckman a Hicks se zaměřili na to, jak se teorie strun vypořádává s „rodinami“ částic, skupinami příbuzných částic svázaných pravidly slabé jaderné síly. Obvykle mají tyto rodiny částic podoby dubletů, tedy jde o dvojici částic, jako je např. elektron a elektronové neutrino. Teorie strun si s těmito skromnými částicovými rodinami poradí poměrně bez problémů. Heckman a Hicks však identifikovali rodinu, která nápadně chybí v jakémkoli známém výpočtu založeném na strunách: pětičlenný „balíček“ příbuzných částic, pentaplet.
Identifikace takové rodiny částic by byla v přímém rozporu s tím, co předpovídají současné modely teorie strun, takže jejich detekce na urychlovači LHC by byla velmi důležitým testem, který by mohl potenciálně teorii strun falzifikovat.
Bohužel ale další zkoumání ukazuje, že takové částice/rodiny je na dnešních zařízeních obtížné jak vyrobit, tak i detekovat. Možná by v detektorech Atlas a CMS mohly mít podobu mizejících stop (disappearing tracks).
Zajímavé ale je, že existence pentapletů by mohla mít vztah také k temné hmotě.
„Pokud má pentaplet hmotnost kolem 10 TeV – tedy asi 10 000krát víc než proton – přesně zapadá do teorií o vzniku temné hmoty po velkém třesku,“ říká Rebecca Hicks. „Dokonce i lehčí pentaplety by mohly hrát roli jako součást širšího prostředí temné hmoty.“
Na základě stávajících dat z detektoru ATLAS tým hledal speciálně signály, za které by mohly být odpovědné právě pentaplety. Zatím se nepodařilo najít nic, což znamená, že jakákoli částice z pentapletu musí mít hmotnost nejméně 650-700 GeV, tedy pětkrát větší než Higgsův boson („základní předpokládaná“ hmotnost je ale stejně větší, viz výše).
Matthew Baumgart et al, How to falsify string theory at a collider, Physical Review Research (2025). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.7.023184
Zdroj: University of Pennsylvania / Phys.org
