Dalam teori string, potongan kecil string menggantikan partikel subatom tradisional.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di SUNY Stony Brook dan Flatiron Institute, tuan rumah Tanya seorang angkasawan dan Radio luar angkasa, dan penulis "Tempat Anda di Alam Semesta."Sutter menyumbang artikel ini untuk Suara Ahli Space.com: Op-Ed & Insights.
Teori string berharap menjadi teori literal dari segala sesuatu, satu kerangka pemersatu yang menjelaskan semua variasi dan kekayaan yang kita lihat di alam semesta dan di dalam partikel kita, dari cara gravitasi berperilaku hingga apa pun yang terjadi energi gelap adalah alasan mengapa elektron memiliki massa seperti yang mereka lakukan. Dan sementara itu adalah ide yang berpotensi kuat, yang jika dibuka akan sepenuhnya merevolusi pemahaman kita tentang dunia fisik, itu belum pernah diuji secara langsung.
Namun, ada cara untuk mengeksplorasi beberapa dasar dan konsekuensi potensial dari teori string. Dan sementara tes ini tidak akan membuktikan teori string secara langsung dengan satu atau lain cara, mereka akan membantu memperkuat kasusnya. Mari kita jelajahi.
Masalah yang mengganggu
Namun, pertama-tama, kita harus memeriksa mengapa teori string sangat sulit untuk diuji. Ada dua alasan.
Untaian teori string sangat kecil, diperkirakan berada di sekitar skala Planck, dengan lebar 10-34 meter. Itu jauh, jauh lebih kecil dari apa pun yang kita bisa berharap untuk menyelidiki bahkan dengan instrumen kita yang paling tepat. Senarnya sangat kecil, sehingga mereka tampak seperti partikel seperti titik, seperti elektron, foton, dan neutron. Kami benar-benar tidak pernah bisa menatap string secara langsung.
Terkait dengan kecilnya itu adalah skala energi yang dibutuhkan untuk menyelidiki rezim di mana teori string sebenarnya penting. Sampai hari ini, kami memiliki dua pendekatan berbeda untuk menjelaskan empat kekuatan alam. Di satu sisi, kami memiliki teknik teori medan kuantum, yang memberikan deskripsi mikroskopis elektromagnetisme dan dua kekuatan nuklir. Dan di sisi lain kita miliki Relativitas umum, yang memungkinkan kita untuk memahami gravitasi sebagai penekukan dan kelengkungan ruangwaktu.
Untuk semua kasus yang bisa kita periksa langsung, menggunakan satu atau yang lain baik-baik saja. Teori string hanya berperan ketika kita mencoba menggabungkan keempat kekuatan dengan satu deskripsi, yang hanya benar-benar penting pada skala energi paling tinggi - begitu tinggi sehingga kita tidak akan pernah bisa, pernah membangun mesin untuk mencapai ketinggian seperti itu.
Tetapi bahkan jika kita dapat menyusun collider partikel untuk secara langsung menyelidiki energi gravitasi kuantum, kita tidak dapat menguji teori string, karena teori string belum lengkap. Itu tidak ada. Kami hanya memiliki perkiraan yang kami harap mendekati teori yang sebenarnya, tetapi kami tidak tahu seberapa benar (atau salah) kami. Jadi teori string bahkan tidak sampai tugas membuat prediksi yang bisa kita bandingkan dengan eksperimen hipotetis.
Biru kosmik
Meskipun kita tidak dapat mencapai energi yang dibutuhkan dalam penumbuk partikel kita untuk benar-benar melihat secara mendalam ke dunia potensial dari string, 13,8 miliar tahun yang lalu seluruh alam semesta kita adalah sebuah kuali kekuatan fundamental. Mungkin kita bisa mendapatkan beberapa wawasan ketat dengan melihat sejarah Ledakan Besar.
Satu saran yang diajukan oleh ahli teori string adalah jenis lain dari string teoretis: string kosmik. String kosmik adalah cacat rentang-alam semesta dalam ruangwaktu, sisa dari saat-saat awal Big Bang, dan mereka adalah prediksi generik yang cukup umum dari fisika zaman-zaman tersebut. alam semesta.
Tapi string kosmik mungkin juga merupakan string super-duper-stretched-out dari teori string, yang biasanya sangat kecil sehingga "mikroskopis" terlalu besar dari sebuah kata, tetapi telah ditarik dan ditarik oleh ekspansi alam semesta tanpa henti. Jadi jika kita menemukan string kosmik mengambang di luar sana di kosmos, kita bisa mempelajarinya dengan cermat dan memeriksa apakah itu benar-benar sesuatu yang diprediksi oleh teori string.
Sampai saat ini, tidak ada string kosmik yang ditemukan di alam semesta kita.
Namun, pencarian aktif. Jika kami menemukan string kosmik, itu tidak akan selalu memvalidasi teori string - akan ada lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, baik secara teoritis maupun observasi, untuk membedakan prediksi teori string dari versi crack-in-spacetime.
Tidak terlalu supersimetri
Namun, kita mungkin dapat mengambil beberapa petunjuk menarik, dan salah satu dari petunjuk itu adalah supersimetri. Supersimetri adalah simetri alam yang dihipotesiskan yang menghubungkan bersama semua fermion (blok bangunan realitas seperti elektron dan quark) dengan boson (pembawa gaya seperti gluon dan foton) di bawah satu kerangka tunggal.
Mesin supersimetri pertama kali dikerjakan oleh ahli teori string, tetapi mengambil api sebagai jalan yang menarik bagi semua fisikawan energi tinggi untuk berpotensi memecahkan beberapa masalah dengan Model Standar dan membuat prediksi untuk fisika baru. Dalam teori string, supersimetri memungkinkan string untuk menggambarkan tidak hanya kekuatan alam tetapi juga blok bangunan, memberikan teori itu kekuatan untuk benar-benar menjadi teori segalanya.
Jadi jika kami menemukan bukti supersimetri, itu tidak akan membuktikan teori string, tetapi itu akan menjadi batu loncatan utama.
Kami belum menemukan bukti supersimetri.
Itu Collider Hadron Besar (LHC) secara eksplisit dirancang untuk mengeksplorasi supersimetri, atau setidaknya beberapa versi supersimetri yang paling sederhana dan paling mudah dijangkau, dengan mencari partikel baru yang diprediksi oleh teori. LHC telah berubah menjadi benar-benar kosong, bahkan tanpa menghirup partikel supersimetri baru, menghapus semua ide supersimetri yang paling sederhana dari peta.
Dan sementara hasil negatif ini tidak mengesampingkan teori string, itu juga tidak membuatnya terlihat terlalu bagus.
Akankah suatu hari kita memiliki bukti untuk salah satu dasar atau prediksi samping teori string? Tidak mungkin dikatakan. Banyak harapan tersemat pada supersimetri, yang sejauh ini gagal memberikan, dan pertanyaan tetap tentang apakah itu layak untuk membangun colliders yang lebih besar untuk mencoba mendorong lebih keras pada supersimetri, atau jika kita harus menyerah dan mencoba sesuatu yang lain.
- Bagaimana mungkin alam semesta memiliki lebih banyak dimensi
- Partikel-partikel misterius yang dimuntahkan dari Antartika menentang fisika
- Big Bang: Apa yang sebenarnya terjadi pada kelahiran alam semesta kita?
Pelajari lebih lanjut dengan mendengarkan episode "Apakah Teori String layak?" (Bagian 6: Kita Mungkin Harus Mengujinya) " di podcast Ask A Spaceman, tersedia di iTunes dan di Web dihttp://www.askaspaceman.com. Terima kasih kepada John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., P. Sayan, Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. untuk pertanyaan yang mengarah ke bagian ini! Ajukan pertanyaan Anda sendiri di Twitter menggunakan #AskASpaceman atau dengan mengikuti Paul @PaulMattSutter dan facebook.com/PaulMattSutter.
