Supersokak, iraultza ala ametsa?

Horrenbeste Nobel saridunen arreta erakarri duen teoria honen arabera, zatikiak ez lirateke puntu ñimiñoak izango; sokatxo bibrakorrak baizik. Gainera gure Unibertsoak lau dimentsio ez eta hamar edukiko lituzke: hiru espazialak, denborala eta ikusten ez ditugun beste sei. Hau komeria! Nondik nora goaz guzti honekin?

Noizean behin, gure aurreko sinesmenak kolokan jartzen dituzten eta ikuspuntu berrietatik ikuspegi iraultzaileak sortzen dituzten teoriak plazaratzen dira. Horietako gehienak ixilka ahaztu egiten dira, beste gutxi batzuk lehian hasten dira eta azken hauetatik bakan batzuk soilik onartzen dituzte guztiek.

1. irudia. Bibolin-soka batek era askotara bibratzen du. Izan ere, horietako era bakoitza nota ezberdin bati dagokio. Zatikien kasuan, sokaren bibrazio-era ezberdin bakoitza masa ezberdineko zatiki bati dagokio. Adibidez, muoiak elektroia baino masa handiagoa dauka. Supersoken teorien arabera biak sokatxo bat dira, baina elektroiak irudiko lehenengo sokak bezala bibratzen duen bitartean, muoiak bigarrenak bezala bibratzen du.

Adibide hau ez da erreala; antzeko irudia baizik

Supersoken teoriek zientzilari ospetsuenen arreta erakartzea eta unibertsitate onenetan ikas zitzaten ere lortu zuten duela bost urte. Orain arte amets polit eta desiragarri besterik ez dira izan, baina egunen batean iraultza izatera hel litezke. Beraz, hobe da aldez aurretik jakinaren gainean egotea.

Bilakaera historikoa

Soken lehen agerpena porrota izan zen. 1968. urtean, quarken teoria agertu baino lehen, zientzilariak hadroien portaeraz kezkaturik zebiltzan (ikus “Oinarrizko zatikiak: materiaren muina” Elhuyar Z. eta T. 55. alean. 1992.eko urtarrila). Sokena, portaera hori azaltzeko proposatutako teoria bat zen. Honen arabera hadroiak ez ziren zatiki puntualak; biraka ari ziren sokatxoak baizik. Quarken ereduak bere sendotasuna frogatu zuenean ere, soken teoriak haien baztertzea, hau da, beti hadroien barruan eta aske inoiz ere ez zeudela, azaltzen saiatu ziren (ikus koadroa).

Dena alferrik; 1974.ean kromodinamika kuantikoa (QCD) hedatu eta onartu egin bait zen, sokei buruzko proposamenak alde batera utziz.

Hala ere, zenbait zientzilarik soka-teoriek zatiki berezi bat eskatzen zutela jabeturik, aurrera egin zuen. Zatiki berezi honek grabitoiaren ezaugarriak zeuzkanez gero, sokak grabitazioa azaltzeko erabiltzea pentsatu zuten. 1980.ean,gainera, zatiki guztiak elkar trukatzen dituen supersimetria aplikatu zuten, supersokei buruzko teoriak sortuz. Supersimetriak naturan diharduten fermioi eta bosoiak elkartzen ditu. Supersokei buruzko teoriak beraz, inoiz ez bezala fisikako legeen batasun handiena gauzatuko luke.

1986. urterako, zientzi komunitate osoa (zenbait salbuespen salbu) buru-belarri azaldu zen supersoken alde.

Zertan datza, bada supersoken balioa?

Mekanika kuantikoa vs erlatibitate orokorra

XX. mendeko fisikaren oinarri biak (erlatibitateari buruzko teoria eta mekanika kuantikoa alegia) baliagarri eta zuzen bezain bateraezin izateak, egonezina eragin du beti zientzilariengan.

Izan ere teoria biak zuzenak dira normalean erabiltzen diren esparruetan. Arazoak guztiz distantzia txikitan, 10^-35 m-tan, agertzen dira. Alde batetik, eremu grabitatorioari mekanika kuantikoa aplikatzeko espazio/denboraren kurbadura oso txikia dela onartu behar dugu, osterantzean zentzugabeko ebazpide infinituak irtengo lirateke eta. Baina bestetik mekanika kuantikoak energiaren ziurgabetasuna aldarrikatzen du, eta masa eta energia gauza bera direnez gero, energiaren ziurgabetasuna hutsean alegiazko zatikiak berez sortuta gauzatzen da.

Distantzia 10^-35 m baino txikiagoa bada, energia (eta bere ziurgabetasuna) hain da handia, ezen erlatibitate orokorraren arabera, zulotxo beltz birtualak sortzen bait dira. Eta, dakigunez, zulo beltzek oso kurbadura handia dute. Beraz, distantzia horietan espazioa oso kurbatutzat jo dezakegu, baina hasieran esan dugunez, kurbadura handia bada mekanika kuantikoaren ebazpideak zentzugabeko infinituak dira.

Hauxe da, beraz, XX. mendeko fisikaren kontraesana: bai Erlatibitateari buruzko Teoria eta bai Mekanika Kuantikoa zuzenak dira aplikazio gehienetan (astronomia eta mikroelektronika lekuko), baina distantzia txikitan teoria bietako bat (edo biak) oker dago.

Zientzilariak korapilo latz hau askatzeko supersoketan irtenbidea eduki dezaketelakoan daude.

Soka bibrakorrak

2. irudia. Zatikien sokak ez lirateke irekiak; itxiak baizik, eraztuntxo bibrakor legez.

Zergatik sortzen dira lehenago aipatu ditugun ebazpide infinitu horiek? Zatikiak puntutzat, dimentsiorik gabekotzak alegia, jotzen zirelako. Arazoa zerbait zati zero egiten denean bezalakoxea da. Sokek, ostera, eduki badaukate dimentsio bat (longitudea), infinituak desagertu egiten direlarik.

Supersokei buruzko teoriaren arabera, beraz, oinarrizko zatiki guztiak sokatxoak dira. Gainera soka batek zenbait era ezberdinetan bibra dezake (ikus 1. irudia). Horietako bibrazio-egoera bakoitza masa ezberdineko zatiki bati legokioke. Hau da, ezagutzen ditugun zatiki biren arteko ezberdintasuna bibrazio-egoera da. Zenbat eta energia handiago, hainbat eta masa eta bibrazio-egoera handiago. Bestalde, eritzi onartuenen arabera, sokak itxiak lirateke (ikus 2. irudia).

Egia izatekotan, honek oinarrizko zatikien “eredu estandarra” oker dagoena esan gure ote du? Ezta pentsatu ere. Gogoratu Einsteinen mekanikak ez zuela Newtonena gezurtatu, zabaldu baizik, hau da, Newtonen mekanika beste orokorrago baten (Einsteinenaren) kasu berezi eta murriztua zen.

Egoera berdina da oraingoa. Distantzia “handitan” zatikiek puntualak direla dirudite, iharduera puntuala daukate eta eredu estandarra guztiz zuzena da. Distantzia txikitan (10^-35 m-tan) aldiz, zatikiak benetan sokazko eraztuntxo bibrakorrak direla ikusiko dugu, eta baita beste ezustetxo bat ere.

10 dimentsio

Supersoken teoriak gure Unibertsoak 10 dimentsio izatea eskatzen du. Oztopo hau gainditzearren asmatu den irtenbidea, ondokoa da: lau dimentsio (espazioko hiru eta denborala) egunero somatzen ditugunak dira, eta beste sei dimentsioak, bolatxo txiki batean bildurik daude. Horrela espazioko puntu bat, berez 10^-35 m-tan bilduriko sei dimentsioko bolatxoa da. Neurria hain txikia izanik, ezin ditugu beste dimentsioak ikusi.

Berriz ere distantzia handitan Unibertsoak lau dimentsio dituela onartuta, ez dago inolako akatsik. Baina 10^-35 m-ko mailara jaitsi ondoren 10 dimentsioak nabarituko lirateke.

Eta “egia” ote da?

Baldintza berriak, beraz, zatikiak sokak izatea eta Unibertsoak 10 dimentsio izatea dira. Zer irabazi dugu horren truke?

Lehenik, Erlatibitate-Teoriaren eta Mekanika Kuantikoaren kontraesanak ezabatzea. Bigarren, zatiki eta indar ezberdin guztiak eredu bakar batez azaltzea, hots, natura osoa lege gutxi batzuetara murriztea.

Baina supersoken aurka daudenen aburuz ostera, teoria honek ez du ezer frogatu eta ez du baieztatzeko esperimenturik proposatzen. Ezaugarri nagusia bere edertasuna da eta hori alde batera utzita ametsetan dabilen jendearen erretolika besterik ez dela diote.

Azken hauek arrazoi-apur bat badute. Izan ere, teoriaren ekarpenak 10^-35 m-tan dira erabilgarri, baina distantzia horretaraino sartzea zeharo ezinezkoa zaigu gaur egungo tresneriarekin, hots, ez dago esperimentatzeko inolako modurik.

Dena dela, gure munduari buruz gehiago jakin beharrean gaude beti, eta teoria honi emaria ahitzen bazaio, besteren bat beharko dugu. Gainera zuzena balitz galdu baino gehiago irabazi egingo genuke. Horregatik, ametsetan bada ere, zientzilari askok supersoken ildoa ustiatzeari ekin dio. Denborak du hitza.

Soken jatorrian, porrota

Sokak agertu zirenean, hadroien egitura azaltzen saiatu ziren. Horretarako, hadroiak biraka ari ziren sokak zirela zioten. Soka biratu ahala, luzera luzatu egiten da. Luzera muturrak argiaren abiaduraz higi daitezen adinakoa denean, indar zentrifugoak tentsioa parekatu egiten du. Eredu hau, hala ere, oker zegoen. Quark-ei buruzko eredua inposatu zen eta sokei buruzkoa baztertu.

Hadroiak quarkez osaturik zeudela aurkitu zenean, sokak quarken baztertzea azaltzeko erabili ziren. Dakigunez, quarkak ezin atera daitezke hadroietatik, eta erauzitakoan, mesoi bat sortzen da. Soka-teoriek honela azaldu zuten:

Quarkak soken muturrak dira, (a), hadroien tamainan indar bortitza (sokaren tentsioarekin identifikatua) txikia da (b), baina alderatzen saiatzen bagara, indar itzela agertzen da (c). Eta quarka askatzen badugu (soka apurtzen badugu, alegia), hadroi eta mesoi berri bat agertzen dira (d). Bigarren eredu hau ere, baztertu egin behar izan zen Kromodinamika Kuantikoa (QCD) agertu zenean.