Μια σύντομη ιστορία της Μεγάλης Ενοποιημένης Θεωρίας της Φυσικής

Οι φυσικοί των σωματιδίων είχαν δύο εφιάλτες πριν ανακαλυφθεί το σωματίδιο Higgs το 2012. Ο πρώτος ήταν ότι ο επιταχυντής σωματιδίων Large Hadron Collider (LHC) δεν θα έβλεπε ακριβώς τίποτα. Γιατί αν το έκανε, πιθανότατα θα ήταν ο τελευταίος μεγάλος επιταχυντής που κατασκευάστηκε ποτέ για να διερευνήσει τη θεμελιώδη σύνθεση του σύμπαντος. Το δεύτερο ήταν ότι ο LHC θα ανακάλυπτε το σωματίδιο Higgs που είχε προβλέψει ο θεωρητικός φυσικός Peter Higgs το 1964 ... και τίποτα άλλο.

Κάθε φορά που ξεφλουδίζουμε πίσω ένα στρώμα της πραγματικότητας, άλλα στρώματα μας παραπέμπουν. Έτσι, κάθε σημαντική νέα εξέλιξη στην επιστήμη μας αφήνει γενικά με περισσότερες ερωτήσεις παρά απαντήσεις. Αλλά συνήθως μας αφήνει τουλάχιστον με το περίγραμμα ενός οδικού χάρτη για να μας βοηθήσει να αρχίσουμε να αναζητούμε απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις. Η επιτυχής ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs, και μαζί της η επικύρωση της ύπαρξης ενός αόρατου φόντου πεδίου Higgs σε όλο το διάστημα (στον κβαντικό κόσμο, κάθε σωματίδιο όπως το Higgs συνδέεται με ένα πεδίο), ήταν μια βαθιά επικύρωση της τολμηρής επιστημονικής εξελίξεις του 20ου αιώνα.

Ωστόσο, τα λόγια του Sheldon Glashow συνεχίζουν να ακούγονται αληθινά:Το Higgs είναι σαν τουαλέτα. Κρύβει όλες τις ακατάστατες λεπτομέρειες για τις οποίες θα προτιμούσαμε να μην μιλήσουμε. Το πεδίο Higgs αλληλεπιδρά με τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια καθώς ταξιδεύουν στο διάστημα, παράγοντας μια δύναμη αντίστασης που επιβραδύνει την κίνησή τους και τα κάνει να φαίνονται ογκώδη. Έτσι, οι μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων που μετράμε και που κάνουν δυνατό τον κόσμο της εμπειρίας μας είναι κάτι σαν ψευδαίσθηση—ένα ατύχημα της ιδιαίτερης εμπειρίας μας.

Όσο κομψή και αν είναι αυτή η ιδέα, είναι ουσιαστικά μια ad hoc προσθήκη στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής — το οποίο εξηγεί τρεις από τις τέσσερις γνωστές δυνάμεις της φύσης και πώς αυτές οι δυνάμεις αλληλεπιδρούν με την ύλη. Προστίθεται στη θεωρία να κάνουμε ό,τι απαιτείται για να μοντελοποιήσουμε με ακρίβεια τον κόσμο της εμπειρίας μας. Αλλά δεν απαιτείται από τη θεωρία. Το σύμπαν θα μπορούσε ευτυχώς να υπήρχε με σωματίδια χωρίς μάζα και μια αδύναμη δύναμη μεγάλης εμβέλειας (η οποία, μαζί με την ισχυρή δύναμη, τη βαρύτητα και τον ηλεκτρομαγνητισμό, αποτελούν τις τέσσερις γνωστές δυνάμεις). Απλώς δεν θα ήμασταν εδώ για να τους ρωτήσουμε. Επιπλέον, η λεπτομερής φυσική του Higgs είναι απροσδιόριστη μόνο στο Καθιερωμένο Μοντέλο. Το Higgs θα μπορούσε να ήταν 20 φορές βαρύτερο ή 100 φορές ελαφρύτερο.

Γιατί, λοιπόν, υπάρχει καθόλου το Higgs; Και γιατί έχει τη μάζα που έχει; (Αναγνωρίζοντας ότι κάθε φορά που οι επιστήμονες ρωτούν «Γιατί;» εννοούμε πραγματικά «Πώς;») Αν δεν υπήρχε ο Χιγκς, ο κόσμος που βλέπουμε δεν θα υπήρχε, αλλά σίγουρα αυτό δεν είναι εξήγηση. Ή μήπως είναι? Τελικά για να κατανοήσουμε την υποκείμενη φυσική πίσω από το Higgs είναι να καταλάβουμε πώς υπάρχουμε. Όταν ρωτάμε, "Γιατί είμαστε εδώ;", σε ένα θεμελιώδες επίπεδο μπορεί επίσης να ρωτάμε, "Γιατί είναι ο Χιγκς εδώ;" Και το Καθιερωμένο Μοντέλο δεν δίνει απάντηση σε αυτήν την ερώτηση.

Υπάρχουν, ωστόσο, κάποιες υποδείξεις που προέρχονται από έναν συνδυασμό θεωρίας και πειράματος. Λίγο αφότου η θεμελιώδης δομή του Καθιερωμένου Μοντέλου καθιερώθηκε σταθερά, το 1974, και πολύ πριν επαληθευτούν πειραματικά οι λεπτομέρειες την επόμενη δεκαετία, δύο διαφορετικές ομάδες φυσικών στο Χάρβαρντ, όπου εργάζονταν τόσο ο Sheldown Glashow όσο και ο Steven Weinberg, παρατήρησαν κάτι ενδιαφέρον. . Ο Glashow, μαζί με τον Howard Georgi, έκαναν αυτό που έκανε καλύτερα ο Glashow:Αναζήτησαν μοτίβα ανάμεσα στα υπάρχοντα σωματίδια και δυνάμεις και αναζήτησαν νέες δυνατότητες χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά της ομαδικής θεωρίας.

Στο Καθιερωμένο Μοντέλο οι ασθενείς και οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις της φύσης ενοποιούνται σε μια κλίμακα υψηλής ενέργειας, σε μια ενιαία δύναμη που οι φυσικοί αποκαλούν «ηλεκτροαδύναμη δύναμη». Αυτό σημαίνει ότι τα μαθηματικά που διέπουν τις αδύναμες και τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις είναι τα ίδια, και τα δύο περιορίζονται από την ίδια μαθηματική συμμετρία, και οι δύο δυνάμεις είναι διαφορετικές αντανακλάσεις μιας ενιαίας υποκείμενης θεωρίας. Αλλά η συμμετρία «σπάει αυθόρμητα» από το πεδίο Higgs, το οποίο αλληλεπιδρά με τα σωματίδια που μεταφέρουν την ασθενή δύναμη, αλλά όχι με τα σωματίδια που μεταφέρουν την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Αυτό το ατύχημα της φύσης κάνει αυτές τις δύο δυνάμεις να εμφανίζονται ως δύο ξεχωριστές και διακριτές δυνάμεις σε κλίμακες που μπορούμε να μετρήσουμε—με την ασθενή δύναμη να είναι μικρής εμβέλειας και τον ηλεκτρομαγνητισμό να παραμένει μεγάλης εμβέλειας.

Ο Georgi και ο Glashow προσπάθησαν να επεκτείνουν αυτή την ιδέα ώστε να συμπεριλάβει την ισχυρή δύναμη και ανακάλυψαν ότι όλα τα γνωστά σωματίδια και οι τρεις μη βαρυτικές δυνάμεις μπορούσαν φυσικά να χωρέσουν σε μια ενιαία θεμελιώδη δομή συμμετρίας. Στη συνέχεια υπέθεσαν ότι αυτή η συμμετρία θα μπορούσε να σπάσει αυθόρμητα σε κάποια κλίμακα υπερυψηλής ενέργειας (και κλίμακας μικρής απόστασης) πολύ πέρα ​​από το εύρος των σημερινών πειραμάτων, αφήνοντας δύο ξεχωριστές και διακριτές αδιάσπαστες συμμετρίες-με αποτέλεσμα ξεχωριστές ισχυρές και ηλεκτροαδύναμες δυνάμεις. Στη συνέχεια, σε κλίμακα χαμηλότερης ενέργειας και μεγαλύτερης απόστασης, η ηλεκτροασθενής συμμετρία θα σπάσει, διαχωρίζοντας την ηλεκτροασθενή δύναμη στην μικρής εμβέλειας ασθενή και στην ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεγάλης εμβέλειας.

Ονόμασαν μια τέτοια θεωρία, σεμνά, Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία (GUT).

Περίπου την ίδια εποχή, ο Γουάινμπεργκ και ο Γκέοργκι μαζί με την Έλεν Κουίν παρατήρησαν κάτι ενδιαφέρον—ακολουθώντας τη δουλειά των Φρανκ Γουίλτσεκ, Ντέιβιντ Γκρος και Ντέιβιντ Πόλιτζερ. Ενώ η ισχυρή αλληλεπίδραση έγινε πιο αδύναμη σε κλίμακες μικρότερης απόστασης, οι ηλεκτρομαγνητικές και οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις έγιναν ισχυρότερες.

Δεν χρειάστηκε ένας επιστήμονας πυραύλων για να αναρωτηθεί εάν η ισχύς των τριών διαφορετικών αλληλεπιδράσεων θα μπορούσε να γίνει πανομοιότυπη σε κάποια κλίμακα μικρής απόστασης. Όταν έκαναν τους υπολογισμούς, διαπίστωσαν (με την ακρίβεια με την οποία μετρήθηκαν στη συνέχεια οι αλληλεπιδράσεις) ότι μια τέτοια ενοποίηση φαινόταν δυνατή, αλλά μόνο εάν η κλίμακα της ενοποίησης ήταν περίπου 15 τάξεις μεγέθους σε κλίμακα μικρότερη από το μέγεθος του πρωτονίου.

Αυτά ήταν καλά νέα αν η ενοποιημένη θεωρία ήταν αυτή που πρότειναν οι Howard Georgi και Glashow - γιατί αν όλα τα σωματίδια που παρατηρούμε στη φύση ενοποιούνταν με αυτόν τον τρόπο, τότε θα υπήρχαν νέα σωματίδια (που ονομάζονται μποζόνια μετρητή) που παράγουν μεταβάσεις μεταξύ κουάρκ (τα οποία κάνουν μέχρι τα πρωτόνια και τα νετρόνια) και τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα. Αυτό θα σήμαινε ότι τα πρωτόνια θα μπορούσαν να διασπαστούν σε άλλα ελαφρύτερα σωματίδια, τα οποία θα μπορούσαμε ενδεχομένως να παρατηρήσουμε. Όπως το έθεσε ο Glashow, «Τα διαμάντια δεν είναι για πάντα».

Ακόμη και τότε ήταν γνωστό ότι τα πρωτόνια πρέπει να έχουν απίστευτα μεγάλη διάρκεια ζωής. Όχι μόνο επειδή εξακολουθούμε να υπάρχουμε σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη μεγάλη έκρηξη, αλλά επειδή όλοι δεν πεθαίνουμε από καρκίνο ως παιδιά. Εάν τα πρωτόνια διασπώνται με μέση διάρκεια ζωής μικρότερη από περίπου ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια χρόνια, τότε αρκετά πρωτόνια θα διασπώνται στο σώμα μας κατά την παιδική μας ηλικία για να παράγουν αρκετή ακτινοβολία για να μας σκοτώσουν. Να θυμάστε ότι στην κβαντική μηχανική, οι διαδικασίες είναι πιθανολογικές. Εάν ένα μέσο πρωτόνιο ζει ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια χρόνια, και εάν ένα έχει ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια πρωτόνια, τότε κατά μέσο όρο ένα θα διασπάται κάθε χρόνο. Υπάρχουν πολλά περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια πρωτόνια στο σώμα μας.

Ωστόσο, με την απίστευτα μικρή προτεινόμενη κλίμακα απόστασης και επομένως την απίστευτα μεγάλη κλίμακα μάζας που σχετίζεται με την αυθόρμητη διακοπή της συμμετρίας στη Μεγάλη Ενοποίηση, τα νέα μποζόνια μετρητή θα αποκτούσαν μεγάλες μάζες. Αυτό θα έκανε τις αλληλεπιδράσεις που μεσολαβούν να είναι τόσο μικρής εμβέλειας που θα ήταν απίστευτα αδύναμες στην κλίμακα των πρωτονίων και των νετρονίων σήμερα. Ως αποτέλεσμα, ενώ τα πρωτόνια θα μπορούσαν να διασπαστούν, μπορεί να ζήσουν, σε αυτό το σενάριο, ίσως ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη διάσπαση. Ακόμα είναι καιρός να διατηρήσετε τις μετοχές της ανάπτυξης.

Με τα αποτελέσματα των Glashow και Georgi, και Georgi, Quinn και Weinberg, η μυρωδιά της μεγάλης σύνθεσης ήταν στον αέρα. Μετά την επιτυχία της ηλεκτροαδύναμης θεωρίας, οι φυσικοί των σωματιδίων ένιωθαν φιλόδοξοι και έτοιμοι για περαιτέρω ενοποίηση.

Πώς θα ξέρει κανείς αν αυτές οι ιδέες ήταν σωστές, ωστόσο; Δεν υπήρχε τρόπος να κατασκευαστεί ένας επιταχυντής για να ανιχνεύσει μια κλίμακα ενέργειας ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια της υπόλοιπης μάζας των πρωτονίων. Μια τέτοια μηχανή θα έπρεπε να έχει μια περιφέρεια της τροχιάς του φεγγαριού. Ακόμα κι αν ήταν δυνατό, λαμβάνοντας υπόψη την προηγούμενη καταστροφή σχετικά με τον Superconducting Super Collider, καμία κυβέρνηση δεν θα πλήρωνε ποτέ το λογαριασμό.

Ευτυχώς, υπήρχε ένας άλλος τρόπος, χρησιμοποιώντας το είδος των επιχειρημάτων πιθανότητας που μόλις παρουσίασα και που δίνουν όρια στη διάρκεια ζωής του πρωτονίου. Εάν η νέα Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία προέβλεπε μια διάρκεια ζωής πρωτονίων, ας πούμε, χίλια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια χρόνια, τότε αν μπορούσε κανείς να βάλει χίλια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια πρωτόνια σε έναν μόνο ανιχνευτή, κατά μέσο όρο ένα από αυτά θα διασπωνόταν κάθε χρόνο.

Πού θα μπορούσε κανείς να βρει τόσα πρωτόνια; Απλό:σε περίπου 3.000 τόνους νερού.

Έτσι, το μόνο που χρειαζόταν ήταν να πάρετε μια δεξαμενή νερού, να την βάλετε στο σκοτάδι, να βεβαιωθείτε ότι δεν υπήρχαν υπόβαθρα ραδιενέργειας, να την περιβάλετε με ευαίσθητους φωτοσωλήνες που μπορούν να ανιχνεύσουν λάμψεις φωτός στον ανιχνευτή και μετά να περιμένετε ένα χρόνο για να δείτε μια έκρηξη φωτός όταν ένα πρωτόνιο διασπάστηκε. Όσο τρομακτικό κι αν φαίνεται αυτό, τουλάχιστον δύο μεγάλα πειράματα ανατέθηκαν και κατασκευάστηκαν για να γίνει ακριβώς αυτό, ένα βαθιά υπόγεια δίπλα στη λίμνη Έρι σε ένα αλατωρυχείο και ένα σε ένα ορυχείο κοντά στην Καμιόκα της Ιαπωνίας. Οι νάρκες ήταν απαραίτητες για τον έλεγχο των εισερχόμενων κοσμικών ακτίνων που διαφορετικά θα παρήγαγαν ένα φόντο που θα κάλυπτε οποιοδήποτε σήμα αποσύνθεσης πρωτονίων.

Και τα δύο πειράματα άρχισαν να λαμβάνουν δεδομένα γύρω στο 1982-83. Η Μεγάλη Ενοποίηση φαινόταν τόσο συναρπαστική που η κοινότητα της φυσικής ήταν πεπεισμένη ότι σύντομα θα εμφανιζόταν ένα σήμα και η Μεγάλη Ενοποίηση θα σήμαινε το αποκορύφωμα μιας δεκαετίας εκπληκτικών αλλαγών και ανακάλυψης στη σωματιδιακή φυσική — για να μην αναφέρουμε ένα άλλο βραβείο Νόμπελ για το Glashow και ίσως κάποια άλλα.

Δυστυχώς, η φύση δεν ήταν τόσο ευγενική σε αυτήν την περίπτωση. Δεν παρατηρήθηκαν σήματα τον πρώτο, τον δεύτερο ή τον τρίτο χρόνο. Το πιο απλό κομψό μοντέλο που πρότειναν οι Glashow και Georgi σύντομα αποκλείστηκε. Αλλά από τη στιγμή που το σφάλμα της Μεγάλης Ενοποίησης εμφανίστηκε, δεν ήταν εύκολο να το αφήσετε να φύγει. Έγιναν και άλλες προτάσεις για ενοποιημένες θεωρίες που θα μπορούσαν να προκαλέσουν την καταστολή της διάσπασης των πρωτονίων πέρα ​​από τα όρια των πειραμάτων που βρίσκονται σε εξέλιξη.

Στις 23 Φεβρουαρίου 1987, ωστόσο, συνέβη ένα άλλο γεγονός που δείχνει ότι ένα αξίωμα που έχω βρει είναι σχεδόν καθολικό:Κάθε φορά που ανοίγουμε ένα νέο παράθυρο στο σύμπαν, εκπλαγούμε. Εκείνη την ημέρα μια ομάδα αστρονόμων παρατήρησε, σε φωτογραφικές πλάκες που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της νύχτας, το πλησιέστερο εκρηκτικό αστέρι (ένα σουπερνόβα) που έχει δει σχεδόν τα 400 χρόνια. Το αστέρι, περίπου 160.000 έτη φωτός μακριά, βρισκόταν στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου—ένας μικρός δορυφορικός γαλαξίας του Γαλαξία που παρατηρείται στο νότιο ημισφαίριο.

Εάν οι ιδέες μας για τα αστέρια που εκρήγνυνται είναι σωστές, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που απελευθερώνεται θα πρέπει να είναι με τη μορφή νετρίνων, παρά το γεγονός ότι το ορατό φως που απελευθερώνεται είναι τόσο μεγάλο που τα σουπερνόβα είναι τα φωτεινότερα κοσμικά πυροτεχνήματα στον ουρανό όταν εκρήγνυνται (με ρυθμό περίπου μία έκρηξη ανά 100 χρόνια ανά γαλαξία). Οι πρόχειρες εκτιμήσεις πρότειναν τότε ότι οι τεράστιοι ανιχνευτές νερού IMB (Irvine- Michigan-Brookhaven) και Kamiokande θα πρέπει να δουν περίπου 20 γεγονότα νετρίνων. Όταν οι πειραματιστές του IMB και του Kamiokande επέστρεψαν και εξέτασαν τα δεδομένα τους για εκείνη την ημέρα, ιδού, το IMB εμφάνισε οκτώ υποψήφια συμβάντα σε διάστημα 10 δευτερολέπτων και το Kamiokande εμφάνισε 11 τέτοια συμβάντα. Στον κόσμο της φυσικής των νετρίνων, αυτή ήταν μια πλημμύρα δεδομένων. Το πεδίο της αστροφυσικής των νετρίνων είχε ξαφνικά ωριμάσει. Αυτά τα 19 γεγονότα παρήγαγαν ίσως 1.900 έγγραφα από φυσικούς, όπως εγώ, που συνειδητοποίησα ότι παρείχαν ένα άνευ προηγουμένου παράθυρο στον πυρήνα ενός αστέρα που εκρήγνυται και ένα εργαστήριο όχι μόνο για την αστροφυσική αλλά και για τη φυσική των ίδιων των νετρίνων.

Παρακινούμενοι από τη συνειδητοποίηση ότι οι μεγάλοι ανιχνευτές διάσπασης πρωτονίων μπορεί να εξυπηρετούν διπλό σκοπό ως νέοι αστροφυσικοί ανιχνευτές νετρίνων, αρκετές ομάδες άρχισαν να κατασκευάζουν μια νέα γενιά τέτοιων ανιχνευτών διπλής χρήσης. Το μεγαλύτερο στον κόσμο χτίστηκε ξανά στο ορυχείο Καμιόκα και ονομαζόταν Super-Kamiokande, και δικαιολογημένα. Αυτή η μαμούθ δεξαμενή νερού 50.000 τόνων, που περιβάλλεται από 11.800 φωτοσωλήνες, λειτουργούσε σε ένα ορυχείο, ωστόσο το πείραμα διατηρήθηκε με την καθαρότητα ενός εργαστηριακού καθαρού δωματίου. Αυτό ήταν απολύτως απαραίτητο γιατί σε έναν ανιχνευτή αυτού του μεγέθους έπρεπε να ανησυχεί κανείς όχι μόνο για τις εξωτερικές κοσμικές ακτίνες, αλλά και για τους εσωτερικούς ραδιενεργούς ρύπους στο νερό που θα μπορούσαν να βάλουν τα σήματα που αναζητούνταν.

Εν τω μεταξύ, το ενδιαφέρον για μια σχετική αστροφυσική υπογραφή νετρίνου έφτασε επίσης σε νέο υψηλό κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Ο ήλιος παράγει νετρίνα λόγω των πυρηνικών αντιδράσεων στον πυρήνα του που τον τροφοδοτούν και για πάνω από 20 χρόνια, χρησιμοποιώντας έναν τεράστιο υπόγειο ανιχνευτή, ο φυσικός Ray Davis είχε ανιχνεύσει ηλιακά νετρίνα, αλλά είχε βρει σταθερά ένα ποσοστό γεγονότων περίπου τρεις φορές χαμηλότερο από αυτό που ήταν προβλεφθεί χρησιμοποιώντας τα καλύτερα μοντέλα του ήλιου. Ένας νέος τύπος ηλιακού ανιχνευτή νετρίνων κατασκευάστηκε μέσα σε ένα βαθύ ορυχείο στο Sudbury του Καναδά, το οποίο έγινε γνωστό ως Sudbury Neutrino Observatory (SNO).

Το Super-Kamiokande λειτουργεί πλέον σχεδόν συνεχώς, μέσω διαφόρων αναβαθμίσεων, για περισσότερα από 20 χρόνια. Δεν έχουν παρατηρηθεί σήματα διάσπασης πρωτονίων και δεν έχουν παρατηρηθεί νέοι σουπερνόβα. Ωστόσο, οι ακριβείς παρατηρήσεις των νετρίνων σε αυτόν τον τεράστιο ανιχνευτή, σε συνδυασμό με τις συμπληρωματικές παρατηρήσεις στο SNO, απέδειξαν σίγουρα ότι το έλλειμμα ηλιακών νετρίνων που παρατηρήθηκε από τον Ray Davis είναι πραγματικό και επιπλέον ότι δεν οφείλεται σε αστροφυσικά αποτελέσματα στον ήλιο, αλλά μάλλον λόγω τις ιδιότητες των νετρίνων. Το συμπέρασμα ήταν ότι τουλάχιστον ένας από τους τρεις γνωστούς τύπους νετρίνων δεν είναι χωρίς μάζα. Εφόσον το Καθιερωμένο Μοντέλο δεν φιλοξενεί τις μάζες των νετρίνων, αυτή ήταν η πρώτη οριστική παρατήρηση ότι κάποια νέα φυσική, πέρα ​​από το Καθιερωμένο μοντέλο και πέρα ​​από το Higgs, πρέπει να λειτουργεί στη φύση.

Αμέσως μετά από αυτό, οι παρατηρήσεις των νετρίνων υψηλότερης ενέργειας που βομβαρδίζουν τακτικά τη Γη καθώς πρωτόνια υψηλής ενέργειας κοσμικών ακτίνων χτυπούν την ατμόσφαιρα και παράγουν μια βροχή σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των νετρίνων, έδειξαν ότι ένα δεύτερο νετρίνο έχει μάζα. Αυτή η μάζα είναι κάπως μεγαλύτερη, αλλά εξακολουθεί να είναι πολύ μικρότερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου. Για αυτά τα αποτελέσματα, οι ηγέτες των ομάδων στο SNO και στο Kamiokande τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής 2015 — μια εβδομάδα πριν γράψω το πρώτο προσχέδιο αυτών των λέξεων. Μέχρι σήμερα, αυτές οι δελεαστικές υποδείξεις νέας φυσικής δεν εξηγούνται από τις τρέχουσες θεωρίες.

Η απουσία διάσπασης πρωτονίων, αν και απογοητευτική, αποδείχθηκε ότι δεν ήταν εντελώς απροσδόκητη. Από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά η Μεγάλη Ενοποίηση, το τοπίο της φυσικής είχε αλλάξει ελαφρώς. Πιο ακριβείς μετρήσεις των πραγματικών δυνάμεων των τριών μη βαρυτικών αλληλεπιδράσεων - σε συνδυασμό με πιο εξελιγμένους υπολογισμούς της μεταβολής της ισχύος αυτών των αλληλεπιδράσεων με την απόσταση - απέδειξαν ότι αν τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου είναι τα μόνα που υπάρχουν στη φύση, το η δύναμη των τριών δυνάμεων δεν θα ενοποιηθεί σε μια ενιαία κλίμακα. Για να πραγματοποιηθεί η Μεγάλη Ενοποίηση, πρέπει να υπάρχει κάποια νέα φυσική σε ενεργειακές κλίμακες πέρα ​​από αυτές που έχουν παρατηρηθεί μέχρι τώρα. Η παρουσία νέων σωματιδίων όχι μόνο θα άλλαζε την ενεργειακή κλίμακα στην οποία θα μπορούσαν να ενοποιηθούν οι τρεις γνωστές αλληλεπιδράσεις, αλλά θα έτεινε επίσης να ανεβάσει την κλίμακα της Μεγάλης Ενοποίησης και έτσι να καταστέλλει τον ρυθμό διάσπασης των πρωτονίων – οδηγώντας σε προβλεπόμενες ζωές άνω του ενός εκατομμυρίου δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια χρόνια.

Καθώς συνέβαιναν αυτές οι εξελίξεις, οι θεωρητικοί οδηγήθηκαν από νέα μαθηματικά εργαλεία για να εξερευνήσουν έναν πιθανό νέο τύπο συμμετρίας στη φύση, ο οποίος έγινε γνωστός ως υπερσυμμετρία. Αυτή η θεμελιώδης συμμετρία είναι διαφορετική από οποιαδήποτε προηγούμενη γνωστή συμμετρία, καθώς συνδέει τους δύο διαφορετικούς τύπους σωματιδίων στη φύση, τα φερμιόνια (σωματίδια με σπιν ημιακέραιου αριθμού) και τα μποζόνια (σωματίδια με σπιν ακέραιου αριθμού). Το αποτέλεσμα αυτού είναι ότι εάν αυτή η συμμετρία υπάρχει στη φύση, τότε για κάθε γνωστό σωματίδιο στο Καθιερωμένο Μοντέλο πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον ένα αντίστοιχο νέο στοιχειώδες σωματίδιο. Για κάθε γνωστό μποζόνιο πρέπει να υπάρχει ένα νέο φερμιόνιο. Για κάθε γνωστό φερμιόνιο πρέπει να υπάρχει ένα νέο μποζόνιο.

Εφόσον δεν έχουμε δει αυτά τα σωματίδια, αυτή η συμμετρία δεν μπορεί να εκδηλωθεί στον κόσμο στο επίπεδο που τη βιώνουμε, και πρέπει να σπάσει, που σημαίνει ότι όλα τα νέα σωματίδια θα αποκτήσουν μάζες που θα μπορούσαν να είναι αρκετά βαριές ώστε να μην έχουν γίνει φαίνεται σε οποιονδήποτε επιταχυντή που έχει κατασκευαστεί μέχρι τώρα.

Τι θα μπορούσε να είναι τόσο ελκυστικό για μια συμμετρία που ξαφνικά διπλασιάζει όλα τα σωματίδια στη φύση χωρίς καμία ένδειξη για κανένα από τα νέα σωματίδια; Σε μεγάλο βαθμό η αποπλάνηση βρισκόταν στο ίδιο το γεγονός της Μεγάλης Ενοποίησης. Διότι εάν μια Μεγάλη Ενοποιημένη θεωρία υπάρχει σε κλίμακα μάζας από 15 έως 16 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη ενέργεια από την υπόλοιπη μάζα του πρωτονίου, αυτή είναι επίσης περίπου 13 τάξεις μεγέθους υψηλότερη από την κλίμακα της ηλεκτροασθενούς διακοπής συμμετρίας. Το μεγάλο ερώτημα είναι γιατί και πώς μπορεί να υπάρξει μια τόσο τεράστια διαφορά στις κλίμακες για τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης. Ειδικότερα, εάν το Καθιερωμένο Μοντέλο Higgs είναι το πραγματικό τελευταίο απομεινάρι του Καθιερωμένου Μοντέλου, τότε τίθεται το ερώτημα:Γιατί η ενεργειακή κλίμακα της συμμετρίας Higgs σπάει 13 τάξεις μεγέθους μικρότερη από την κλίμακα διακοπής συμμετρίας που σχετίζεται με οποιοδήποτε νέο πεδίο πρέπει να είναι εισήχθη για να σπάσει τη συμμετρία GUT στις ξεχωριστές δυνάμεις συνιστώσας του;

Το πρόβλημα είναι λίγο πιο σοβαρό από όσο φαίνεται. Όταν κάποιος αναλογιστεί τα αποτελέσματα των εικονικών σωματιδίων (τα οποία εμφανίζονται και εξαφανίζονται σε χρονικά διαστήματα τόσο σύντομα που η ύπαρξή τους μπορεί να διερευνηθεί μόνο έμμεσα), συμπεριλαμβανομένων σωματιδίων αυθαίρετα μεγάλης μάζας, όπως τα σωματίδια μετρητή μιας υποτιθέμενης Μεγάλης Ενοποιημένης Θεωρίας, αυτά τείνουν να οδηγούν ανεβάστε την κλίμακα διάσπασης της μάζας και της συμμετρίας του Higgs έτσι ώστε ουσιαστικά να πλησιάσει ή να ταυτιστεί με τη βαριά κλίμακα GUT. Αυτό δημιουργεί ένα πρόβλημα που έχει γίνει γνωστό ως πρόβλημα φυσικότητας. Είναι τεχνικά αφύσικο να υπάρχει μια τεράστια ιεραρχία μεταξύ της κλίμακας στην οποία διασπάται η ηλεκτροασθενής συμμετρία από το σωματίδιο Higgs και της κλίμακας στην οποία σπάει η συμμετρία GUT από οποιοδήποτε νέο βαθμωτό βαρέως πεδίου σπάει αυτή τη συμμετρία.

Ο μαθηματικός φυσικός Edward Witten υποστήριξε σε μια επιδραστική εργασία το 1981 ότι η υπερσυμμετρία είχε μια ειδική ιδιότητα. Θα μπορούσε να τιθασεύσει την επίδραση που έχουν τα εικονικά σωματίδια αυθαίρετα υψηλής μάζας και ενέργειας στις ιδιότητες του κόσμου στην κλίμακα που μπορούμε να διερευνήσουμε αυτήν τη στιγμή. Επειδή τα εικονικά φερμιόνια και τα εικονικά μποζόνια της ίδιας μάζας παράγουν κβαντικές διορθώσεις που είναι πανομοιότυπες εκτός από ένα πρόσημο, εάν κάθε μποζόνιο συνοδεύεται από ένα φερμιόνιο ίσης μάζας, τότε τα κβαντικά αποτελέσματα των εικονικών σωματιδίων θα ακυρωθούν. Αυτό σημαίνει ότι οι επιδράσεις των εικονικών σωματιδίων αυθαίρετα υψηλής μάζας και ενέργειας στις φυσικές ιδιότητες του σύμπαντος σε κλίμακες που μπορούμε να μετρήσουμε θα έχουν πλέον αφαιρεθεί εντελώς.

Εάν, ωστόσο, η ίδια η υπερσυμμετρία σπάσει (όπως πρέπει να είναι ή όλοι οι υπερσυμμετρικοί εταίροι της συνηθισμένης ύλης θα είχαν την ίδια μάζα με τα παρατηρούμενα σωματίδια και θα τα είχαμε παρατηρήσει), τότε οι κβαντικές διορθώσεις δεν θα ακυρωθούν εντελώς. Αντίθετα, θα απέδιδαν συνεισφορές σε μάζες που είναι της ίδιας τάξης με την κλίμακα κατά της υπερσυμμετρίας. Αν ήταν συγκρίσιμο με την κλίμακα της ηλεκτροασθενούς διακοπής της συμμετρίας, τότε θα εξηγούσε γιατί η κλίμακα μάζας Higgs είναι αυτή που είναι.

Και σημαίνει επίσης ότι θα πρέπει να περιμένουμε να αρχίσουμε να παρατηρούμε πολλά νέα σωματίδια—τους υπερσυμμετρικούς εταίρους της συνηθισμένης ύλης—στην κλίμακα που εξετάζεται αυτή τη στιγμή στον LHC.

Αυτό θα έλυνε το πρόβλημα της φυσικότητας επειδή θα προστάτευε τις μάζες των μποζονίων Higgs από πιθανές κβαντικές διορθώσεις που θα μπορούσαν να τις οδηγήσουν σε τόσο μεγάλη κλίμακα όσο η ενεργειακή κλίμακα που σχετίζεται με τη Μεγάλη Ενοποίηση. Η υπερσυμμετρία θα μπορούσε να επιτρέψει μια «φυσική» μεγάλη ιεραρχία σε ενέργεια (και μάζα) που διαχωρίζει την ηλεκτροαδύναμη κλίμακα από τη Μεγάλη Ενοποιημένη κλίμακα.

Αυτή η υπερσυμμετρία θα μπορούσε κατ' αρχήν να λύσει το πρόβλημα της ιεραρχίας, όπως έγινε γνωστό, αύξησε πολύ το απόθεμά της με τους φυσικούς. Προκάλεσε τους θεωρητικούς να αρχίσουν να εξερευνούν ρεαλιστικά μοντέλα που ενσωματώνουν σπάσιμο της υπερσυμμετρίας και να εξερευνούν τις άλλες φυσικές συνέπειες αυτής της ιδέας. Όταν το έκαναν, η τιμή της μετοχής της υπερσυμμετρίας πέρασε από την οροφή. Διότι αν συμπεριλάμβανε κανείς την πιθανότητα αυθόρμητα σπασμένης υπερσυμμετρίας στους υπολογισμούς του τρόπου με τον οποίο οι τρεις μη βαρυτικές δυνάμεις αλλάζουν με την απόσταση, τότε ξαφνικά η ισχύς των τριών δυνάμεων θα συνέκλινε φυσικά σε μια ενιαία, πολύ μικρής απόστασης κλίμακα. Η Μεγάλη Ενοποίηση έγινε και πάλι βιώσιμη!

Τα μοντέλα στα οποία σπάει η υπερσυμμετρία έχουν ένα άλλο ελκυστικό χαρακτηριστικό. Επισημάνθηκε, πολύ πριν ανακαλυφθεί το κορυφαίο κουάρκ, ότι εάν το κορυφαίο κουάρκ ήταν βαρύ, τότε μέσω των αλληλεπιδράσεών του με άλλους υπερσυμμετρικούς εταίρους, θα μπορούσε να παράγει κβαντικές διορθώσεις στις ιδιότητες των σωματιδίων Higgs που θα προκαλούσαν το πεδίο Higgs να σχηματίσει ένα συνεκτικό πεδίο φόντου σε όλο το διάστημα στην τρέχουσα μετρούμενη ενεργειακή του κλίμακα, εάν η Μεγάλη Ενοποίηση συνέβαινε σε πολύ υψηλότερη, υπερβαριά κλίμακα. Εν ολίγοις, η ενεργειακή κλίμακα της ηλεκτροασθενούς διακοπής συμμετρίας θα μπορούσε να δημιουργηθεί φυσικά μέσα σε μια θεωρία στην οποία η Μεγάλη Ενοποίηση λαμβάνει χώρα σε πολύ υψηλότερη ενεργειακή κλίμακα. Όταν ανακαλύφθηκε το κορυφαίο κουάρκ και πράγματι ήταν βαρύ, αυτό ενίσχυσε την ελκυστικότητα της πιθανότητας ότι το σπάσιμο της υπερσυμμετρίας μπορεί να ευθύνεται για την παρατηρούμενη ενεργειακή κλίμακα της ασθενούς αλληλεπίδρασης.

Όλα αυτά όμως έχουν κόστος. Για να λειτουργήσει η θεωρία, πρέπει να υπάρχουν δύο μποζόνια Higgs, όχι μόνο ένα. Επιπλέον, θα περίμενε κανείς να αρχίσει να βλέπει τα νέα υπερσυμμετρικά σωματίδια εάν κατασκευάσει έναν επιταχυντή όπως ο LHC, ο οποίος θα μπορούσε να ανιχνεύσει νέα φυσική κοντά στην ηλεκτροασθενή κλίμακα. Τέλος, σε κάτι που έμοιαζε για λίγο σαν ένας μάλλον καταδικαστικός περιορισμός, το ελαφρύτερο Higgs στη θεωρία δεν θα μπορούσε να είναι πολύ βαρύ ή ο μηχανισμός δεν θα λειτουργούσε.

Καθώς οι έρευνες για το Higgs συνεχίζονταν χωρίς να αποδίδουν κανένα αποτέλεσμα, οι επιταχυντές άρχισαν να πιέζουν όλο και πιο κοντά στο θεωρητικό ανώτερο όριο της μάζας του ελαφρύτερου μποζονίου Higgs στις υπερσυμμετρικές θεωρίες. Η τιμή ήταν περίπου 135 φορές η μάζα του πρωτονίου, με λεπτομέρειες σε κάποιο βαθμό ανάλογα με το μοντέλο. Εάν ο Higgs μπορούσε να είχε αποκλειστεί σε αυτήν την κλίμακα, θα υποδηλώναμε ότι όλη η διαφημιστική εκστρατεία σχετικά με την υπερσυμμετρία ήταν ακριβώς αυτό.

Λοιπόν, τα πράγματα εξελίχθηκαν διαφορετικά. Το Higgs που παρατηρήθηκε στο LHC έχει μάζα περίπου 125 φορές τη μάζα του πρωτονίου. Ίσως μια μεγάλη σύνθεση ήταν εφικτή.

Η απάντηση προς το παρόν δεν είναι τόσο σαφής. Οι υπογραφές νέων υπερσυμμετρικών εταίρων συνηθισμένων σωματιδίων θα πρέπει να είναι τόσο εντυπωσιακές στον LHC, αν υπάρχουν, που πολλοί από εμάς πιστεύαμε ότι ο LHC είχε πολύ μεγαλύτερες πιθανότητες να ανακαλύψει υπερσυμμετρία από ό,τι για να ανακαλύψει το Higgs. Δεν αποδείχθηκε έτσι. Μετά από τρία χρόνια τρεξίματος LHC, δεν υπάρχουν καθόλου σημάδια υπερσυμμετρίας. Η κατάσταση έχει ήδη αρχίσει να φαίνεται άβολη. Τα κατώτερα όρια που μπορούν τώρα να τεθούν στις μάζες των υπερσυμμετρικών εταίρων της συνηθισμένης ύλης αυξάνονται. Εάν φτάσουν πολύ ψηλά, τότε η κλίμακα διακοπής της υπερσυμμετρίας δεν θα είναι πλέον κοντά στην ηλεκτροαδύναμη κλίμακα και πολλά από τα ελκυστικά χαρακτηριστικά της διακοπής της υπερσυμμετρίας για την επίλυση του προβλήματος της ιεραρχίας θα εξαφανιστούν.

Αλλά η κατάσταση δεν είναι ακόμη απελπιστική και ο LHC ενεργοποιήθηκε ξανά, αυτή τη φορά σε υψηλότερη ενέργεια. Ίσως σύντομα να ανακαλυφθούν υπερσυμμετρικά σωματίδια.

Εάν είναι, αυτό θα έχει μια άλλη σημαντική συνέπεια. Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στην κοσμολογία είναι η φύση της σκοτεινής ύλης που φαίνεται να κυριαρχεί στη μάζα όλων των γαλαξιών που μπορούμε να δούμε. Είναι τόσο πολύ που δεν μπορεί να αποτελείται από τα ίδια σωματίδια με την κανονική ύλη. Αν ήταν, για παράδειγμα, οι προβλέψεις για την αφθονία των ελαφρών στοιχείων όπως το ήλιο που παρήχθη στη Μεγάλη Έκρηξη δεν θα συμφωνούσαν πλέον με την παρατήρηση. Έτσι, οι φυσικοί είναι αρκετά βέβαιοι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από έναν νέο τύπο στοιχειώδους σωματιδίου. Αλλά τι τύπος;

Λοιπόν, ο ελαφρύτερος υπερσυμμετρικός εταίρος της συνηθισμένης ύλης είναι, στα περισσότερα μοντέλα, απολύτως σταθερός και έχει πολλές από τις ιδιότητες των νετρίνων. Θα ήταν ασθενώς αλληλεπιδρών και ηλεκτρικά ουδέτερο, έτσι ώστε να μην απορροφά ή να εκπέμπει φως. Επιπλέον, οι υπολογισμοί που κάναμε εγώ και άλλοι πριν από περισσότερα από 30 χρόνια έδειξαν ότι η υπολειπόμενη αφθονία σήμερα του ελαφρύτερου υπερσυμμετρικού σωματιδίου που έχει απομείνει μετά τη Μεγάλη Έκρηξη θα ήταν φυσικά στο εύρος έτσι ώστε να είναι η σκοτεινή ύλη που κυριαρχεί στη μάζα των γαλαξιών.

Σε αυτήν την περίπτωση, ο γαλαξίας μας θα είχε ένα φωτοστέφανο σωματιδίων σκοτεινής ύλης που σφυρίζουν σε όλο του, συμπεριλαμβανομένου του δωματίου στο οποίο διαβάζετε αυτό. Όπως πολλοί από εμάς συνειδητοποιήσαμε επίσης πριν από λίγο καιρό, αυτό σημαίνει ότι αν κάποιος σχεδιάσει ευαίσθητους ανιχνευτές και τους βάλει υπόγεια, όχι σε αντίθεση με, τουλάχιστον στο πνεύμα, τους ανιχνευτές νετρίνων που υπάρχουν ήδη υπόγεια, θα μπορούσε να ανιχνεύσει άμεσα αυτά τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης. Σε όλο τον κόσμο μισή ντουζίνα όμορφα πειράματα συνεχίζονται τώρα για να κάνουν ακριβώς αυτό. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν έχει φανεί τίποτα.

Άρα, βρισκόμαστε δυνητικά στις καλύτερες ή στις χειρότερες στιγμές. Σε εξέλιξη βρίσκεται ένας αγώνας μεταξύ των ανιχνευτών στο LHC και των υπόγειων ανιχνευτών άμεσης σκοτεινής ύλης για να δούμε ποιος θα μπορούσε να ανακαλύψει πρώτος τη φύση της σκοτεινής ύλης. Εάν οποιαδήποτε ομάδα αναφέρει μια ανίχνευση, θα προαναγγέλλει το άνοιγμα ενός εντελώς νέου κόσμου ανακάλυψης, οδηγώντας πιθανώς στην κατανόηση της ίδιας της Μεγάλης Ενοποίησης. Και αν δεν γίνει καμία ανακάλυψη τα επόμενα χρόνια, θα μπορούσαμε να αποκλείσουμε την ιδέα μιας απλής υπερσυμμετρικής προέλευσης της σκοτεινής ύλης - και με τη σειρά της να αποκλείσουμε ολόκληρη την έννοια της υπερσυμμετρίας ως λύση του προβλήματος της ιεραρχίας. Σε αυτήν την περίπτωση, θα πρέπει να επιστρέψουμε στον πίνακα σχεδίασης, εκτός εάν δεν δούμε νέα σήματα στο LHC, θα έχουμε ελάχιστη καθοδήγηση σχετικά με την κατεύθυνση που πρέπει να κατευθυνθούμε προκειμένου να εξαγάγουμε ένα μοντέλο της φύσης που θα μπορούσε να είναι στην πραγματικότητα σωστό.

Τα πράγματα έγιναν πιο ενδιαφέροντα όταν ο LHC ανέφερε ένα δελεαστικό πιθανό σήμα λόγω ενός νέου σωματιδίου περίπου έξι φορές βαρύτερο από το σωματίδιο Higgs. Αυτό το σωματίδιο δεν είχε τα χαρακτηριστικά που θα περίμενε κανείς για οποιονδήποτε υπερσυμμετρικό εταίρο της συνηθισμένης ύλης. Γενικά, οι πιο συναρπαστικές ψευδείς υποδείξεις σημάτων εξαφανίζονται όταν συγκεντρώνονται περισσότερα δεδομένα και περίπου έξι μήνες μετά την πρώτη εμφάνιση αυτού του σήματος, αφού συγκεντρώθηκαν περισσότερα δεδομένα, εξαφανίστηκε. Αν δεν είχε, θα μπορούσε να είχε αλλάξει τα πάντα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε τις Μεγάλες Ενοποιημένες Θεωρίες και την ηλεκτροαδύναμη συμμετρία, προτείνοντας αντί αυτού μια νέα θεμελιώδη δύναμη και ένα νέο σύνολο σωματιδίων που αισθάνονται αυτή τη δύναμη. Αλλά ενώ δημιούργησε πολλές ελπιδοφόρες θεωρητικές εργασίες, η φύση φαίνεται να έχει επιλέξει διαφορετικά.

Η απουσία σαφούς πειραματικής κατεύθυνσης ή επιβεβαίωσης της υπερσυμμετρίας δεν έχει μέχρι στιγμής ενοχλήσει μια ομάδα θεωρητικών φυσικών. Οι όμορφες μαθηματικές όψεις της υπερσυμμετρίας ενθάρρυναν, ​​το 1984, την αναβίωση μιας ιδέας που ήταν αδρανής από τη δεκαετία του 1960, όταν ο Yoichiro Nambu και άλλοι προσπάθησαν να κατανοήσουν την ισχυρή δύναμη σαν να ήταν μια θεωρία κουάρκ που συνδέονται με διεγέρσεις σαν χορδές. Όταν η υπερσυμμετρία ενσωματώθηκε σε μια κβαντική θεωρία χορδών, για να δημιουργηθεί αυτό που έγινε γνωστό ως θεωρία υπερχορδών, άρχισαν να εμφανίζονται μερικά εκπληκτικά όμορφα μαθηματικά αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας ενοποίησης όχι μόνο των τριών μη βαρυτικών δυνάμεων, αλλά και των τεσσάρων γνωστών δυνάμεων στη φύση σε μια ενιαία συνεπή κβαντική θεωρία πεδίου.

Ωστόσο, η θεωρία απαιτεί για να υπάρξει μια σειρά από νέες χωροχρονικές διαστάσεις, καμία από τις οποίες δεν έχει παρατηρηθεί ακόμη. Επίσης, η θεωρία δεν κάνει άλλες προβλέψεις που να μπορούν να ελεγχθούν ακόμη με πειράματα που σχεδιάζονται σήμερα. Και η θεωρία έχει γίνει πρόσφατα πολύ πιο περίπλοκη, ώστε τώρα φαίνεται ότι οι ίδιες οι χορδές δεν είναι καν οι κεντρικές δυναμικές μεταβλητές στη θεωρία.

Τίποτα από αυτά δεν μείωσε τον ενθουσιασμό ενός σκληρού πυρήνα αφοσιωμένων και εξαιρετικά ταλαντούχων φυσικών που συνέχισαν να εργάζονται στη θεωρία των υπερχορδών, που τώρα ονομάζεται M-θεωρία, για τα 30 χρόνια από την ακμή της στα μέσα της δεκαετίας του 1980. Μεγάλες επιτυχίες διεκδικούνται περιοδικά, αλλά μέχρι στιγμής η θεωρία Μ στερείται το βασικό στοιχείο που κάνει το Καθιερωμένο Μοντέλο έναν τέτοιο θρίαμβο της επιστημονικής επιχείρησης:την ικανότητα να έρθουμε σε επαφή με τον κόσμο που μπορούμε να μετρήσουμε, να επιλύσουμε ανεξήγητους κατά τα άλλα παζλ και να παρέχουμε θεμελιώδεις εξηγήσεις για το πώς ο κόσμος μας έχει προκύψει ως έχει. Αυτό δεν σημαίνει ότι η θεωρία Μ δεν είναι σωστή, αλλά σε αυτό το σημείο είναι ως επί το πλείστον εικασίες, αν και καλοπροαίρετες και με καλά κίνητρα.

Αξίζει να θυμόμαστε ότι αν τα μαθήματα της ιστορίας είναι οποιοσδήποτε οδηγός, οι περισσότερες πρώτες φυσικές ιδέες είναι λανθασμένες. Αν δεν ήταν, ο καθένας θα μπορούσε να κάνει θεωρητική φυσική. Χρειάστηκαν αρκετοί αιώνες ή, αν μετρήσει κανείς στην επιστήμη των Ελλήνων, αρκετές χιλιετίες επιτυχιών και ατυχημάτων για να καταλήξει στο Καθιερωμένο Μοντέλο.

Εδώ είμαστε λοιπόν. Είναι προ των πυλών σπουδαίες νέες πειραματικές γνώσεις που μπορεί να επικυρώσουν ή να ακυρώσουν κάποιες από τις μεγαλύτερες εικασίες των θεωρητικών φυσικών; Ή μήπως βρισκόμαστε στα πρόθυρα μιας ερήμου όπου η φύση δεν θα μας δώσει καμία υπόδειξη για ποια κατεύθυνση να ψάξουμε για να διερευνήσουμε βαθύτερα την υποβόσκουσα φύση του σύμπαντος; Θα το μάθουμε και θα πρέπει να ζήσουμε με τη νέα πραγματικότητα.

Ο Lawrence M. Krauss είναι θεωρητικός φυσικός και κοσμολόγος, διευθυντής του Origins Project και ιδρυτικός καθηγητής στη Σχολή Εξερεύνησης της Γης και του Διαστήματος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. Είναι επίσης συγγραφέας βιβλίων με τις μεγαλύτερες πωλήσεις, όπως το Ένα Σύμπαν από το Τίποτα και The Physics of Star Trek.

Πνευματικά δικαιώματα © 2017 από Lawrence M. Krauss. Από το επόμενο βιβλίο Η σπουδαιότερη ιστορία που ειπώθηκε ποτέ—μέχρι στιγμής:Γιατί είμαστε εδώ; Του Lawrence M. Krauss που θα εκδοθεί από την Atria Books, a Division of Simon &Schuster, Inc. Τυπώθηκε κατόπιν άδειας.