Leitar etter fleire dimensjonar

Folk flest klarar seg lenge med fire dimensjonar i kvardagen: Tre romlege, og ein tidsdimensjon. Men dersom draumen om ein fysisk teori som sameinar alle naturkreftene skal oppfyllast, er det best om vi finn seks-sju dimensjonar til.

"Stipendiat Erik Dvergsnes har jakta på fleire dimensjonar i doktorgradsarbeidet sitt."
"Stipendiat Erik Dvergsnes har jakta på fleire dimensjonar i doktorgradsarbeidet sitt."

Erik Wolden Dvergsnes disputerte for doktorgraden ved Universitetet i Bergen fredag 5. november. Avhandlinga omhandlar nettopp sjansen for å oppdage fleire dimensjonar.

- Fysikarane sin Standardmodell har fått med tre grunnleggjande vekselverknader i naturen: Den elektromagnetiske, den såkalla “svake” krafta og den “sterke” krafta. Men vi manglar gravitasjonskrafta. Allereie i 1920 vart det gjort forsøk på å introdusere ekstra dimensjonar som eit middel til å forklare samanhengen mellom elektromagnetisme og gravitasjon, fortel Dvergsnes.

Kvar er dei blitt av?

No arbeider forskarane med teoriar om “superstrenger”, som sameinar gravitasjon med dei andre kreftene i naturen. Men desse teoriane krev 10-11 dimensjonar for å vere matematisk konsistente.

- Dersom dette skal beskrive Universet, må ein forklare kvar dei ekstra dimensjonane er blitt av. Ein har tenkt seg at dei på eit vis er samankrølla eller kompaktifisert slik at ein berre merkar dei på svært små avstandar - storleiksorden 10*-35 meter - eller ved svært høge energiar, seier Dvergsnes.

Det er heilt uråd å påvise eksperimentelt. På CERN har dei klart å gjere eksperiment med ei romleg oppløysing på 10*-19 meter.

Samanlikna med dei andre kreftene, er gravitasjonskrafta svak og kan neglisjerast i slike eksperiment som blir gjort til dømes ved CERN. Dette blir kalla hierarki-problemet: Kvifor er gravitasjonskrafta så mykje svakare?

Eit scenario føreslått av fysikarane Arkani-Hamed, Dimopoulos og Dvali i 1998 (“ADD-scenariet”) kom med framlegg til ei løysing på dette problemet. Det er mogleg at nokre av dei ekstra dimensjonane trer i kraft ved storleikar på opptil ein millimeter, dersom det er slik at berre gravitasjonskrafta kan breie seg ut i desse dimensjonane, medan partiklane i Standardmodellen er fanga i den firedimensjonale verda.

Kan få svar i 2007

- Tenk deg at dei dimensjonane vi kan sjå, ligg i eit plan, som på eit ark. Dei andre dimensjonane breier seg ut i andre retningar, til dømes som ringar gjennom kvart punkt i arket. Foton, som er kraftformidlarar for elektromagnetismen, kan ikkje nå desse ekstra dimensjonane. Men graviton, som overfører gravitasjonskrafta, kan godt gjere det, forklarer Dvergsnes.

Så dersom det finst ekstra dimensjonar som berre blir oppfatta av gravitasjonskrafta, blir denne krafta samanlikneleg med dei andre ved langt større avstandar enn ein tidlegare har trudd. Og dei energiane som blir kravd for å påvise det eksperimentelt, kan vere i nærleiken av det dei kan oppnå med den nye LHC-akseleratoren ved CERN, som skal vere klar til bruk i 2007.

Må tenke på kva ein skal leite etter

Det finst mange framlegg til kva ein skal sjå etter for å kunne påvise ekstra dimensjonar eksperimentelt. I avhandlinga si har Dvergsnes sett på nokre tidlege idear som inneheld dei grunnleggjande elementa.

- Når gravitona rører seg i dei ekstra dimensjonane, slik det er skissert i ADD-scenariet, vil vi kunne sjå dei som eit “tårn” av graviton med ulik masse. Det svarer til dei ulike rørsleenergiane dei har i dei ekstra dimensjonane. I dei nye eksperimenta ved CERN kan ein oppnå stor nok påverknad frå gravitona til at det let seg gjere å påvise det.

- Kanskje vil energi forsvinne frå partikkelkollisjonane, på same måte som lyd forsvinn ut i rommet når to biljardkuler kolliderer på eit todimensjonalt bord. Desse eksperimenta gjev ein enorm opphoping av data, så det er viktig å tenkje igjennom kva ein vil sjå etter, seier han.

Han har også sett på eit sluttresultat av partikkelkollisjonar, der ein observerer uventa mange elektron-positron-par med stor utgangsvinkel i høve til retninga på dei partiklane som kolliderer.

- Du definerer to vinkelområde rundt kollisjonen, og så er det berre å telje partiklar i kvart område. Har du asymmetri i høve til det som er forventa ut frå Standardmodellen, kan det vere nokre graviton som har vore på ferde. Men det finst mange andre signal også, og nokre er meir spektakulære enn andre, til dømes at ein kan få produsert små, svarte hol som fordampar umiddelbart.

UiB med på detektor

UiB er involvert i konstruksjonen av ein av detektorane som skal brukast i eksperimenta ved den nye akseleratoren ved CERN. Prosjektet har fått namnet ATLAS.

Doktorgradsarbeidet til Dvergsnes er ein del av dette prosjektet. Men sjølv har han fått jobb hos Rogalandsforskning, og blir ikkje med vidare for å sjå om eksperimenta gjev resultat.

- Eksperimenta ein legg opp til på CERN, vil kunne oppnå enno høgare oppløysing enn før, men framleis vil det jo seie stopp ein stad. Dersom dei ekstra dimensjonane er så små som strengteorien seier, vil vi ikkje kunne sjå dei.

- Men same kva som skjer, vil det vere interessant. Nokre seier at dersom dei ikkje finn Higgs partikkel, som ein har rekna seg fram til, men aldri har observert, då vil det vere minst like interessant som å finne han. Då må dei finne heilt nye forklaringar!

Powered by Labrador CMS