Kan LHC bevise strengteori?

Da Large Hadron Collider første gang blev tændt i 2008, der var tilsyneladende uendelige muligheder - og ideer - til hvad det kunne finde. Måske ville den få øje på den undvigende Higgs boson, hvilket ville hjælpe forskere med at bekræfte, hvordan andre partikler får masse. Måske ville det afdække et væld af nye partikler, der ville give fysikere ikke bare bekræftelse af supersymmetri, men også et bonanza af ny videnskab at studere. Måske ville det skabe et nyt univers, hvor det var OK at spise Cheetos til middag, og protoner lignede Froot Loops.

Nogle af disse muligheder var mere sandsynlige end andre. Og et par af dem (ahem) var, faktisk, ikke rigtig inden for LHC's anvendelsesområde. Mens naysayers forudsagde, at LHC's mini Big Bangs ville skabe sorte huller, der ville ødelægge verden og spise universet som så mange Cheetos til middag, sandheden er, at der ikke var så mange teorier, som LHC kunne bevise eller modbevise.

Og hvad angår dette omfang:Nej, LHC vil ikke bevise strengteori - men det kan give beviser til støtte for ideer, der er centrale for strengteori.

Tænk på det sådan:Jeg går langs og ser en tunnel. Jeg tror, ​​at den tunnel kan have en slags å, der løber gennem den, så jeg smider en bold ind og ser, hvad der sker, når den kommer ud på den anden side. Hvis bolden kommer suttende våd ud, Jeg kunne sige, at det helt understøtter min teori om, at tunnelen indeholdt en å. Men en anden kunne sige, at det understøtter teorien om, at der er en sprinkler i tunnelen. Endnu en anden kunne sige, at det faktisk regner i tunnelen, og en våd bold er bare sagen for at bevise det.

Det eneste, vi med sikkerhed kan sige, er, at den våde bold understøtter alle disse teorier, og måske udelukker teorien om, at tunnelen er knogletør. På LHC, fysikere med meget forskellige ideer leder efter "bolden er våd" udsagn for at understøtte - eller modbevise - teorier om, hvordan partikler (og universet) fungerer. En af disse teorier er strengteori.

Strengteori siger dybest set, at partikler er sammensat af energier, der ligner vibrerende strenge. Strengenes karakteristiske vibrationer skaber alle de forskellige partikler og kræfter. Så, grundlæggende, al materie og kræfter i universet er lavet af disse vibrerende strenge [kilde:Greene]. Men her er en sjov kendsgerning:Stringteori bliver ikke rigtig en samlende teori - en der kan forklare hver kraft og partikel i universet - medmindre det viser sig, at universet også har mere end tre dimensioner. Hvilken, du ved, er svært at få mange fysikere til at give hånd på.

Og med god grund. Dette er ikke Hogwarts, vi kan ikke bare komme ind i en anden dimension for at kontrollere, om det virkelig er der. Vi kan kun se os omkring og se tre observerbare dimensioner foran os. Men du kan måske tale dig selv til at tro på det, hvis du tænker på dimensionerne som virkelig, virkelig lille ... måske er de bare for små til at se.

Det skaber et problem:Hvis de nødvendige dimensioner er for små til at se, hvordan pokker kan vi forvente at observere - eller endda teste en hypotese om –strengteori?

Det er her LHC kommer ind. Der er et par ideer, der bliver bandied rundt for at teste nogle af strengteoriens egenskaber. Den ene er ret ligetil:Den enkleste model af strengteori forudsiger eksistensen af ​​superpartnerpartikler. I bund og grund, disse er meget tungere partnere til standardmodelkvarker og leptoner, som fysikere allerede har observeret, og de ville forene kraft og materie. Fysikere forventede at finde superpartnere i samme masse som Higgs, men det har de ikke endnu. Så, LHC gør sit værste for at forsøge at finde disse superpartnerpartikler, begge i deres seneste protonkollisioner, og i fremtidige eksperimenter med endnu højere energier. Den "våde bold" i dette tilfælde - superpartnerpartikler - ville også understøtte teorien om supersymmetri, som er forbundet til, men adskilt fra, strengteori.

LHC kan også hoppe i jagten på de ultrabitte dimensioner, der skulle eksistere for at strengteori skulle fungere som en samlet teori. Hvis disse dimensioner eksisterer, vi ville stort set svømme i dem. LHC kan smække protoner sammen for at producere nye partikler - ligesom det har gjort. Ved at optage energien fra partiklerne, der dannes i kollisionerne, og trække den fra energien, partiklerne førkollisioner, vi kan se, om noget af energien er MIA. Hvis det er, så kan vi måske sige, "Hej, vi ved ikke, hvor energien blev af - men måske er den i en anden dimension. "

Denne gang, den våde bold er forskellen i energi før og efter kollisionen. Igen, dette ville ikke være "bevis" for strengteori eller endda ekstra dimensioner. Men det ville være en videnskabelig opdagelse, der understøtter nogle af de ting, der er nødvendige for, at strengteori skal fungere.

Hvad vi ikke kan forudsige er, om strengteori vil modnes til en videnskabelig hypotese, vi kan teste eller observere. Lige nu, en af ​​grundene til, at det er så kontroversielt, er, at mange fysikere ikke tror, ​​det er muligt at teste, og endnu vigtigere tror de ikke, at det er muligt at bevise falsk. Nogle i fysikerfællesskabet er trygge ved at sige, at strengteori er ligefrem ikke falsificerbar [kilde:Nature Physics]. (Det betyder, at du skal kunne modbevise hypotesen, ikke bare bekræfte det.)

Så, mens vi kan være rimeligt sikre på, at nej, LHC vil ikke bevise, at strengteori er sand ved hjælp af protonkollisioner, fysikere kan finde nogle beviser, der ikke viser, at det er forkert.

Masser mere information

Forfatterens note:Kan LHC bevise strengteori?

Lyt, Jeg er lige så bange som den næste, der siger, at strengteori er godt eller dårligt. Fysikere er vilde med det, på begge sider af mønten. For at lære mere om strengteori eller kontroversen omkring det, tjek kilderne for yderligere læsning.

relaterede artikler

• Sådan fungerer Large Hadron Collider
• Sådan fungerer Big Bang -teorien
• Sådan fungerer sorte huller
• 5 opdagelser foretaget af den store Hadron Collider (indtil videre)

Kilder:

• Brumfiel, Geoff. "Teoretikere nyder Higgs -data." Natur. 18. juli 2012. (25. juli, 2014) http://www.nature.com/news/theorists-feast-on-higgs-data-1.11018
• Butterworth, Jon. "Første bevis for strengteori ved Large Hadron Collider." Værgen. 1. april kl. 2012. (25. juli, 2014) http://www.theguardian.com/science/life-and-physics/2012/apr/01/1
• Give, Andrew. "Manden, der plukker alle snorene." Opdag magasinet. 9. marts 2010. (25. juli, 2014) http://discovermagazine.com/2010/extreme-universe/08-discover-interview-man-who-plucks-all-the-strings
• Jones, Andrew Zimmerman. "Kan strengteori testes?" NOVA. 24. september kl. 2012. (25. juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/09/can-string-theory-be-tested/
• Livio, Mario. "Hvordan kan vi se, om der findes et multivers?" Huffington Post. 13. december kl. 2012. (25. juli, 2014) http://www.huffingtonpost.com/mario-livio/how-can-we-tell-if-a-multiverse-exists_b_2285406.html
• Naturfysik. "Bundet med snor?" 2006. (25. juli, 2014) http://www.nature.com/nphys/journal/v2/n11/full/nphys460.html
• Strassler, Matt. "Udelukkede LHC bare strengteori ?!" Af særlig Betydning. 17. september kl. 2013. (25. juli, 2014) http://profmattstrassler.com/2013/09/17/did-the-lhc-just-rule-out-string-theory/
• The Economist. "Livet efter Higgs." 19. juli 2012. (25. juli, 2014) http://www.economist.com/blogs/babbage/2012/07/qa-brian-greene
• Partikeleventyret. "Uløste mysterier." Lawrence Berkeley National Laboratory. (25. juli, 2014) http://www.particleadventure.org/extra_dim.html
• Woit, Peter. Ikke engang forkert blog. (25. juli, 2014) http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=533
• Wolchover, Natalie. "Er naturen unaturlig?" Quanta Magazine. 24. maj kl. 2013. (25. juli, 2014) http://www.simonsfoundation.org/quanta/20130524-is-nature-unnatural/