Extra
dimensies laten zich niet vangen
Als
er meer dan 4 dimensies zijn, dan zijn ze kleiner dan 0,2 mm - 14-02-2001
Fysici
van de Universiteit van Washington zijn er voorlopig niet in geslaagd
de extra dimensies te ontdekken die de supersnaartheorie nodig heeft.
Dat betekent daarom niet dat deze dimensies niet bestaan, maar ze
kunnen in elk geval niet groter zijn dan 0,2 mm.
Nu
experimentele waarnemingen blijken af te wijken van de voorspellingen
gemaakt op basis van het Standaardmodel, totnogtoe de meest solide
natuurkundige theorie voor het beschrijven van de werkelijkheid (zie
hier
voor een eerder artikel), is het uitkijken naar de opvolgers. Supersnaartheorie
is daarin de belangrijkste - en zo goed als enige - kanshebber en
impliceert het bestaan van 9 tot 10 ruimtelijke dimensies en 1 tijdsdimensie.
Voorlopig is niemand erin geslaagd één van deze extra dimensies waar
te nemen, wat door vertegenwoordigers van de snaar- of stringtheorie
te wijten is aan het feit dat de 6 tot 7 dimensies bij de Big Bang
zijn opgekruld tot erg kleine entiteiten.
In de stringtheorie zijn wat in het Standaardmodel als verschillende
soorten deeltjes wordt beschouwd, manifestaties van eenzelfde verschijnsel:
de string. Strings vibreren in de 10 tot 11 dimensies, waarbij andere
vibraties, andere deeltjes opleveren. Dat wordt doorgaans geïllustreerd
door een vergelijking te maken met de snaren van een gitaar, waar
andere vibraties andere tonen opleveren.
De snaartheorie gaat al enige tijd mee, en werd voor het eerst in
de late jaren zestig voorgesteld. Het gaat om uiterst wiskundige theorie,
waarvan gezegd wordt dat slechts een handvol mensen echt in staat
is ze te begrijpen. “Een stukje 21ste eeuwse natuurkunde, dat per
ongeluk in de 20ste eeuwse fysica is gevallen”, zei Edward Witten,
één van de grote stringtheoretici ooit. En ook nu de 21ste eeuw volgens
alle criteria is aangebroken, schijnt de theorie nog even ondoordringbaar
te zijn.
De supersnaartheorie - eigenlijk een verzamelnaam voor een aantal
verschillende theorieën, die dan weer samen zouden kunnen vallen in
de M-theorie - heeft dan ook het ambitieuze plan opgevat alles te
verklaren. Dat betekent dat het de zwaartekracht met de kwantummechanica
moet verzoenen, een opdracht waar een notoir denker als Albert Einstein
tevergeefs 30 jaar van zijn leven aan heeft besteed.
Een Theorie van Alles, of Grote Geünificeerde Theorie, zou de vier
bekende krachten - sterke en zwakke nucleaire kracht, elektromagnetische
kracht en zwaartekracht - als één superkracht behandelen. Dat is minder
vreemd dan het lijkt, ook de elektrische en magnetische kracht werden
lange tijd als afzonderlijk krachten beschouwd. Voorlopig komt het
Standaardmodel het dichtst in de buurt van deze opdracht en slaagt
het erin alle krachten behalve de zwaartekracht in hetzelfde model
op te nemen.
Door het bestaan van 9 of 10 ruimtelijke dimensies te postuleren,
slaagt de supersnaartheorie er wel in zwaartekracht en andere krachten
in één model onder te brengen. Zwaartekracht is bovendien een erg
zwakke kracht, wat duidelijk blijkt uit het feit dat de kracht die
de volledige aarde uitoefent op een spijker, niet volstaat om te voorkomen
dat diezelfde spijker door een klein magneetje kan worden opgetild.
Stringtheoretici verklaren deze zwakte door te stellen dat heel wat
van de zwaartekracht weglekt naar de andere ruimtelijke dimensies.
Toen medewerkers van CERN, het Europese laboratorium voor deeltjesfysica,
tot de conclusie kwamen dat het theoretisch mogelijk is dat de extra
dimensies tot 1 mm groot zouden zijn, zagen Eric Adelberger en Blayne
Heckel mogelijkheden om het bestaan van zulke ‘grote’ dimensies experimenteel
te testen. Daartoe ontwikkelden ze het fascinerende apparaat dat op
bijgevoegde foto te zien is. Het bestaat uit twee delen, waarvan het
bovenste, cilindervormige stuk aan een zeer dunne kabelvezel is opgehangen.
Het onderste deel bestaat uit een roterend plaatje met 10 gaatjes,
die overeenkomen met de gaten in het bovenste deel. Beide delen raken
elkaar net niet, maar zijn minder dan 1 mm van elkaar verwijderd.
Het draaiende onderstuk oefent een zekere zwaartekracht uit op het
opgehangen stuk, waardoor deze ‘slinger’ 10 keer per volledige omwenteling
heen en weer wordt getrokken. De mate waarin dat gebeurd, wordt dan
zeer nauwkeurig gemeten met behulp van een laserstraal. De zwaartekracht
werd bovendien gemeten tot op een afstand van 0,2 mm.
De onderzoekers sloegen er niet in zwaartekracht te meten die niet
verklaard kon worden door de wetten van Newton. Dat betekent dat er
geen zwaartekracht weglekt naar andere dimensies, tenzij dat gebeurt
naar dimensies die kleiner zijn dan 0,2 mm, de mate van precisie die
Adelberger en Heckel konden bereiken. Zij hopen nu nog nauwkeuriger
experimenten te kunnen uitvoeren, en zo de extra dimensies wel te
kunnen betrappen.
De onderzoeksresultaten van het duo betekent niet dat de superstringtheorie
nu de prullenmand in moet. De idee dat de extra dimensies tot 1 mm
groot kunnen zijn, blijkt daarentegen wel foutief. Voorlopig blijft
de snaartheorie dan ook een strikt theoretische constructie, die niet
aan experimentele toetsing onderworpen kan worden. Daarvoor blijft
het wachten op de nieuwe generatie deeltjesversnellers, maar dat is
voorlopig nog toekomstmuziek.
(DdV)
Related links:
De
stringtheorie verklaard
Links
naar sites ivm stringtheorie
©
David de Vaal
