Τι κρύβεται πίσω από τη μάζα; Η γεωμετρία των 7 διαστάσεων και η θεωρία της «συστροφής»

Μια νέα θεωρητική προσέγγιση στη φυσική έρχεται να προτείνει μια ανατρεπτική ερμηνεία για ένα από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα της επιστήμης: Από πού προέρχεται η μάζα των σωματιδίων; Ενώ το μποζόνιο Higgs έχει καθιερωθεί ως ο βασικός μηχανισμός απόδοσης μάζας, ερευνητές υποστηρίζουν πλέον ότι η απάντηση ενδέχεται να κρύβεται στη «στρεβλωμένη» γεωμετρία επιπλέον, αόρατων διαστάσεων.

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Nuclear Physics B, εισάγει την ιδέα ότι η μάζα θεμελιωδών σωματιδίων, όπως τα μποζόνια W και Z, θα μπορούσε να προκύπτει απευθείας από τη γεωμετρία του χώρου και όχι απαραίτητα από ένα εξωτερικό πεδίο.

Πέρα από το Πεδίο Higgs

Το πεδίο Higgs, που προτάθηκε τη δεκαετία του 1960 και επιβεβαιώθηκε πανηγυρικά με την ανακάλυψη του σωματιδίου το 2012 στον CERN, αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model). Λειτουργεί ως ένα «κοσμικό ρευστό» που διαπερνά το σύμπαν, επιβραδύνοντας τα σωματίδια που κινούνται μέσα σε αυτό και προσδίδοντάς τους μάζα.

Ωστόσο, το παζλ δεν έχει ολοκληρωθεί. Οι φυσικοί εξακολουθούν να αγνοούν γιατί το πεδίο Higgs έχει τις συγκεκριμένες ιδιότητες ή ποια είναι η βαθύτερη προέλευσή του. Επίσης, το τρέχον μοντέλο αδυνατεί να εξηγήσει ικανοποιητικά τη Σκοτεινή Ύλη και τη Σκοτεινή Ενέργεια. Εδώ έρχεται να συμβάλει η νέα θεωρία, η οποία στρέφει το βλέμμα σε μια μαθηματική δομή επτά διαστάσεων, γνωστή ως πολλαπλότητα G2 (G2 manifold).

Η Γεωμετρία ως πηγή της Ύλης

Ο θεωρητικός φυσικός Richard Pinčák της Ακαδημίας Επιστημών της Σλοβακίας και οι συνεργάτες του προτείνουν ότι η ύλη δεν είναι τίποτε άλλο από την «αντίσταση» της ίδιας της γεωμετρίας. Φανταστείτε τον χώρο όχι ως έναν άδειο καμβά τριών διαστάσεων, αλλά ως μια πολύπλοκη δομή που μπορεί να διπλώνει και να συστρέφεται σε κλίμακες που δεν αντιλαμβανόμαστε.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα εξίσωση (G2-Ricci flow) για να μοντελοποιήσουν πώς εξελίσσεται αυτή η επταδιάστατη γεωμετρία στον χρόνο. Όπως εξηγεί ο Pinčák, αυτές οι δομές μπορούν να εμφανίσουν μια εγγενή «συστροφή» (torsion), παρόμοια με τη δομή του DNA ή τη χειρομορφία των αμινοξέων.

Όταν αυτή η γεωμετρία αφεθεί να εξελιχθεί, καταλήγει σε σταθερές διαμορφώσεις που ονομάζονται «σολιτόνια» (solitons) – κύματα που διατηρούν το σχήμα τους επ' αόριστον. Αυτή η γεωμετρική σταθερότητα και η συστροφή της φαίνεται να αποτυπώνονται στα σωματίδια, παράγοντας ένα αποτέλεσμα πανομοιότυπο με αυτό του μηχανισμού Higgs. Με απλά λόγια, η μάζα θα μπορούσε να είναι το «αποτύπωμα» μιας κρυμμένης γεωμετρικής συστροφής στις επτά διαστάσεις.

Το σωματίδιο «Torstone» και η Σκοτεινή Ενέργεια

Η θεωρία δεν σταματά στην εξήγηση της μάζας. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι, αν αυτή η γεωμετρική συστροφή συμπεριφέρεται ως πεδίο, θα πρέπει να συνοδεύεται από το δικό της σωματίδιο. Το ονόμασαν «Torstone».

Αν το Torstone υπάρχει, θα μπορούσε να αφήσει ίχνη που είναι ανιχνεύσιμα. Οι επιστήμονες προτείνουν την αναζήτηση ανωμαλιών σε πειράματα επιταχυντών σωματιδίων, ανεξήγητων διακυμάνσεων στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου ή ακόμη και «δυσλειτουργιών» στα βαρυτικά κύματα.

Επιπλέον, η μελέτη συνδέει ενδεχομένως αυτή τη γεωμετρική καμπυλότητα με την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, προσφέροντας ίσως μια νέα οδό για την κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας.

Η απλότητα της Φύσης

Η πρόταση αυτή είναι τολμηρή και βρίσκεται ακόμη σε καθαρά θεωρητικό επίπεδο. Όπως και το πεδίο Higgs χρειάστηκε μισό αιώνα για να αποδειχθεί πειραματικά, έτσι και η ύπαρξη των πολλαπλοτήτων G2 και του Torstone θα απαιτήσει χρόνο και εξειδικευμένα εργαλεία για να επιβεβαιωθεί ή να καταρριφθεί.

Ωστόσο, ανοίγει έναν συναρπαστικό δρόμο σκέψης όπου η φυσική δεν χρειάζεται εξωτερικά πεδία για να λειτουργήσει, αλλά βασίζεται αποκλειστικά στη μορφή και τη δομή του χώρου. «Η φύση συχνά προτιμά απλές λύσεις», σχολιάζει ο Pinčák, αφήνοντας ανοιχτό το ενδεχόμενο η πραγματικότητα να είναι πολύ πιο πλούσια γεωμετρικά από όσο νομίζαμε.

Η έρευνα αυτή υπενθυμίζει ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο, παρά τις επιτυχίες του, ίσως είναι απλώς η επιφάνεια μιας βαθύτερης, πολυδιάστατης αλήθειας.