20 april 2021

Zijn snaren zichtbaar in de kosmische achtergrondstraling, nagelaten door de inflatie?

Credit: University of Colorado at Boulder

De snaartheorie is ‘de extreemste vorm van theoretische fysica en de belangrijkste kandidaat voor een kwantummechanische beschrijving van de zwaartekracht’ – een quote van Princeton-baas Robbert Dijkgraaf – maar hij staat er ook om bekend niet of zeer slecht toetsbaar te zijn. De snaartheorie zou een verklaring geven waar deeltjes zoals quarks, fotonen, neutrino’s en elektronen uit bestaan, waar donkere energie en donkere materie uit bestaan, maar het probleem is dat het niet te toetsen valt ‘omdat een haalbaar wetenschappelijk experiment dat de theorie bevestigt dan wel ontkracht (nog) niet concipieerbaar is’, aldus criticaster Peter Woit, de natuurkundige achter de blog Not even Wrong. Niet meetbaar, niet toetsbaar, niet concipieerbaar, dat imago achtervolgt de snaartheorie al sinds haar verschijnen, eind jaren zestig. Maar snaartheoretici laten het daar niet bij zitten en maart dit jaar verscheen dit artikel op de arXiv, waarin de twee auteurs, Nima Arkani-Hamed en Juan Maldacena, betogen dat volgens hen de snaartheorie wel meetbaar is.

Cosmological Collider Physics by Nima Arkani-Hamed and Juan Maldacena (27 March 2015)

Nou mag je van veel natuurkundigen zeggen en denken wat je wilt, maar deze twee heren zijn niet zomaar wat bijeen gesprokkelde natuurkundigen, deze twee zijn op dit moment zo’n beetje de créme de la créme van de theoretische fysica, grootheden die we hier op de Astroblogs al vaker voorbij hebben zien komen, onder andere in de ER=EPR discussie. Arkani-Hamed en Maldacena komen in het artikel tot talloze en ingewikkelde berekeningen – zoals het in de meeste verhandelingen over snaren toegaat – en de uitkomst ervan is dat ze denken dat de kortstondige inflatieperiode, toen het heelal 10-³³ seconden na de oerknal een zeer korte, maar heftige exponentiële groeispurt meemaakte, bijzonder zware deeltjes moet hebben geproduceerd, die een meetbaar signaal moeten hebben achtergelaten op de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: ‘CMB’), de straling die nu nog resteert van die hete oerknal, of in de verdeling van sterrenstelsels in het heelal.

De kosmische microgolf-achtergrondstraling. Houdt hierin een signaal zich schuil dat de snaartheorie zou kunnen staven? Credit: ESA/Planck Collaboration

Het zou gaan om deeltjes met een spin die groter is dan twee (S>2) – spin is de kwantumeigenschap van het impulsmoment van deeltjes. Dergelijke deeltjes vervallen na korte tijd op een zeer complexe manier en Arkani-hamed en Maldacena denken dat dat verval zich heeft verraden door zeer kleine, maar subtiele afwijkingen (‘non-gaussianities’) in de temperatuursverdeling van de CMB of in de verdeling van sterrenstelsels in het heelal. Volgens hen werkte de oerknal als kosmische deeltjesversneller, die tijdens de inflatie deeltjes produceerde die wel 10^15 meer energie hadden dan wat de Large Hadron Collider (LHC) kan produceren.

infografiek van het ontstaan en de evolutie van het heelal. Links zie je de inflatieperiode. Credits: NASA/JPL.

Naar variaties in de CMB wordt al jaren gekeken, onder andere door instrumenten zoals Planck, BICEP en POLAR BEAR, en zoals we vorig jaar gezien hebben aan de BICEP2 claim dat in de CMB signalen van zwaartekrachtsgolven, óók achtergelaten door de inflatie, gevonden waren, is het een enerverend, maar ook controversieel onderwerp. Hieronder de door BICEP2 gevonden B-mode polarisatie in de CMB, dat uiteindelijk niet op het conto van primordiale zwaartekrachtsgolven kon worden geschreven.

Credits: BICEP2 Collaboration.

En ook deze claim van Arkani-Hamed en Maldacena is vanaf het begin onderwerp van discussie, met zowel voorstanders (zoals Lubos Motl) en tegenstanders (zoals Peter Woit). Als het voorspelde signaal inderdaad bestaat zal het zeer lastig zijn om het te ontdekken, omdat het nog gevoeliger zal zijn voor storende invloeden van andere factoren, nog meer dan het signaal van de primordiale zwaartekrachtsgolven in de CMB, waar stof uit de Melkweg de storende factor bleek te zijn. Naast de CMB zouden sterrenstelsels ook kunnen helpen bij de bevestiging van de claim van Arkani-Hamed en Maldacena en daarmee van de snaartheorie. Wellicht dat er in de verdeling van sterrenstelsels of in hun rotatierichting lichte voorkeuren bestaan, die anders niet te verklaren zijn. Hieronder een video van de Strings 2015 Conference, welke van 22 tot en met 26 juni in het Indiase Bangalore werd gehouden. In deze boeiende, maar o zo technische video praat Juan Maldacena over de theorie van hem en Arkani-Hamed.

Bron: Symmetry Magazine + The Reference Frame + Not even Wrong.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.