Marele Accelerator de Particule LHC a fost trezit din ”hibernare” – și este pregătit să vâneze dimensiuni noi, împingând granițele cunoașterii fizicii particulelor. În timpul iernii trecute, LHC a luat o pauză de la ciocnirea particulelor cu viteze apropiate de cea a luminii și acum este gata să se întoarcă la treabă.
Aventura căutării unor noi dimensiuni poate părea ceva de domeniul SF, dar aceste dimensiuni ar putea explica de ce gravitația este o forță mult mai slabă în raport cu celelalte forțe fundamentale. Un magnet mic de frigider este suficient pentru a crea o forță electromagnetică mai mare decât atracția gravitațională exercitată de planeta Pământ. Una dintre posibilități este că noi nu simțim în întregime efectul gravitației pentru că parte din acesta este extins în alte dimensiuni, suplimentare. Putem repeta că pare ceva de domeniul SF, însă dacă extra-dimensiunile există, acestea ar putea explica de ce universul se extinde mai repede decât ne-am aștepta, și de ce gravitația este mai slabă decât alte forțe ale naturii.
În viața cotidiană, noi experimentăm trei dimensiuni spațiale și o a patra dimensiune a timpului. Cum ar putea exista mai multe? Teoria generală a relativității propusă de Einstein ne spune că spațiul se poate întinde, contracta și curba. Dacă o dimensiune s-ar fi comprimat la o mărime mai mică decât a atomului, aceasta ar fi invizibilă pentru ochiul nostru. Dar, dacă ne-am putea uita pe o scară destul de mică, acea dimensiune ascunsă ar redeveni vizibilă. Să se imaginăm că o persoană ar păși pe o muchie de cuțit. Acea persoană s-ar putea deplasa numai înainte și înapoi, nu și la stânga sau dreapta, sus sau jos, așa încât vede o singură dimensiune. Furnicile care trăiesc la o scară mult mai mică se pot deplasa în jurul unui cablu, în ceea ce ar părea asemănător unei extra-dimensiuni în raport cu mersul pe muchie de cuțit.
Cum ar putea LHC testa existența extra-dimensiunilor? O variantă ar fi să găsească acele particule ce ar putea exista doar în prezența unor dimensiuni suplimentare. Teoriile care sugerează existența unor dimensiuni suplimentare, prezic că – la fel cum atomii pot avea o stare energetică joasă și stări de excitație ale energiei înalte, ar trebui să existe versiuni mai grele ale particulelor standard în alte dimensiuni. Aceste versiuni mai grele ale particulelor – numite stări Kaluza-Klein – ar avea exact aceleași proprietăți ca și particulele standard (și ar fi vizibile detectoarelor noastre) dar ar avea o masă mai mare.
Dacă în CMS sau ATLAS se găsesc particule precum Z- sau W – (bosonii Z și W fiind activați de forța electroslabă) cu masa de 100 de ori mai mare, de exemplu, aceasta ar sugera prezența extra-dimensiunilor. Asemenea particule grele ar putea fi suprinse doar la energii înalte atinse de către LHC (Large Hadron Collider).
Unii teoreticieni sugerează că o particulă numită ”graviton” este asociată cu gravitația în același fel în care un foton este asociat cu forța electromagnetică. Dacă gravitonii există, ar trebui să fie posibilă crearea lor de către LHC, dar aceștia vor dispărea foarte rapid în dimensiunile suplimentare. Coliziunile din acceleratoarele de particule crează întotdeauna evenimente în echilibru – precum focul de artificii – cu particulele zburând în toate direcțiile.
Un graviton ar putea scăpa detectoarelor noastre, lăsând o zonă goală, pe care noi am depista-o ca un dezechilibru în momentul și energia evenimentului. Va trebui să studiem cu mare atenție proprietățile obiectului lipsă pentru a afla dacă este vorba de un graviton evadat în altă dimensiune, sau este vorba despre altceva. Această metodă de căutare a energiei lipsă în evenimente este de asemenea utilizată pentru căutarea materiei negre sau a particulelor supersimetrice.
O altă cale ce poate revela dimensiunile suplimentare ar fi creearea de ”găuri negre microscopice”. Ceea ce va detecta CERN exact va depinde de numărul de extra-dimensiuni, de masa găurii negre, mărimea dimensiunilor și energiei la momentul când aceste găuri negre se produc.
Dacă aceste găuri negre chiar apar în coliziunile create de LHC, ele se vor dezintegra rapid, în aproximativ 10-27 secunde. Ele se vor descompune în particule supersimetrice sau ale modelului standard, creând evenimente ce conțin un număr excepțional de urme în detectoarele noastre, care pot fi apoi ușor urmărite. Descoperind mai multe asupra acestor subiecte, va fi deschisă ușa către posibilități acum necunoscute.
Cand LHC va reintra în acțiune, luna viitoare, cercetătorii vor încerca din nou să împingă mai departe granițele cunoașterii asupra fizicii particulelor. Aceasta include căutarea unor dimensiuni noi, particulele supersimetrice și potențial alte particule subatomice, sau chiar ceva ce contravine actual modelului standard sau fizicii particulelor.
Sursa: dailygalaxy.com, 12 aprilie; Image credits: CERN și NASA. Articolul sursă poate fi consultat în limba engleză AICI
Traducere și adaptare: Ciprian Crișan
