בארבעת הפוסטים הקודמים, סקרנו את התפתחותה של תורת המיתרים כתורת גרביטציה קוונטית ותורה שמאחדת את כל הכוחות. לפי תורת המיתרים, כל החלקיקים והכוחות בטבע נובעים מתנודות של מיתרים פתוחים וסגורים. לתורת המיתרים שימוש נוסף, צנוע יותר; תורה המתארת את הכוח החזק ובמיוחד היבטים הקשורים לתופעת כליאת הקוורקים. כך נולדה תורת המיתרים בשנת 1968.
בפוסט זה נסקור את מצבה העכשווי של התורה, את הבעיות המרכזיות שמעסיקות פיזיקאים בתחום וכן את הציפיות לעתיד מתורת המיתרים.
כתורת גרביטציה קוונטית, תורת המיתרים נראית תורה מבטיחה. היא התורה היחידה שמסוגלת להסביר באופן עקבי כיצד גרביטונים (אשר מתוארים כמיתרים סגורים) יוצרים אינטראקציה עם החומר וכן זה עם זה. לתורת המיתרים הצלחות נוספות בתחום של גרביטציה קוונטית, בעיקר בתיאור הקוונטי של חורים שחורים. אולם האם תורת המיתרים היא אכן תורה של הטבע? מאחר ותורת המיתרים לא אוששה בעזרת ניסויים, אין היא ראויה להיחשב כתורה של הטבע. אחת הבעיות המרכזיות של תורת המיתרים היא, שהתחזיות שלה אינן ניתנות לאישוש או הפרכה באמצעות ניסויים שנערכים כיום. האתגר המרכזי של מדענים החוקרים את תורת המיתרים הוא למצוא ניסוי שיוכל לבחון את אמיתותה – כיאה לתורה פיזיקלית של הטבע.
מהן הבעיות שמעסיקות פיזיקאים של תורת המיתרים אשר מתמקדים בגרביטציה קוונטית ובקוסמולוגיה?
שאלות מעניינות הן בתחום של חורים שחורים; מה קורה בתוככי חור שחור קטנטן? מהו סופו של חור שחור? האם חור שחור קורן את כל כולו או שמא נשאר ממנו משהו? ושאלות על היווצרות היקום; כיצד התחיל היקום ומה קדם לו? האם היקום שלנו הוא התחלת הזמן, או שאולי הוא נוצר בעקבות מאורע קודם?
לתורת המיתרים פתרונות רבים שמתארים יקומים שונים ומשונים. מדוע, אם כן, אנו חיים ביקום בו ארבעה מימדים גדולים ושישה קטנטנים? מדוע אנחנו חווים ארבעה כוחות יסודיים ולא יותר או פחות? האם ייתכנו יקומים אחרים שבהם מספר אחר של מימדים גדולים וכוחות אחרים וכן חלקיקים אחרים?
בתחום הצנוע יותר של תורת המיתרים כתורה המתארת את הכוח החזק, ההולוגרפיה שאותה תיארתי בפוסט הקודם, נתנה דחיפה עצומה לתחום. בעזרת ההולוגרפיה אפשר להבין באופן איכותי כיצד מתרחשת תופעת הכליאה של הקוורקים, ניתן להבין באופן איכותי את המסות של המזונים ושל הבריונים (הפרוטון, הנייטרון ואחרים) וניתן לקבל תיאור מקורב של אמפליטודת הפיזור של חלקיקים אלו. אולם, גם בתיאור הכוח החזק תורת המיתרים לא נותנת תשובה מספקת לתופעות הטבע שבהן אנו חוזים. תורת המיתרים לא מצליחה לתאר את תורת הכוח החזק, אלא תורות אחרות שדומה לה, תורות "דמויות תורת הכוח החזק". בפרט, אתגר גדול מאוד עבור מדענים העוסקים בתורת המיתרים כתורת הכוח החזק הוא לתאר מה קורה בטבע, שבו לקוורקים יש שלושה ״צבעים״ (״צבע״ היא תכונה של קוורקים). המודלים אותם מתארת תורת המיתרים הם מודלים בהם יש אינסוף ״צבעים״.
בכדי לתת לקורא טעימה מהמחקר העכשווי המתבצע בתורת המיתרים, ברצוני לסיים את הסדרה במספר מילים על תחום עיסוקי והמחקר אותו אני עורך בימים אלו. כפי שהסברתי בפרק הראשון, תורת המיתרים החלה את חייה בניסיון להסביר מה קורה כאשר מזונים מתנגשים. התיאור שתורת המיתרים סיפקה; התנגשות בין מיתרים פתוחים, אינו טוב דיו והתוצאות המתקבלות אינן תואמות במדויק למה שנצפה במאיץ החלקיקים. לאחרונה, בעבודה משותפת עם סטודנט המחקר שלי [1,2], הצענו להשתמש ברעיון של ההולוגרפיה ולהיעזר במימד החמישי, כלומר המימד שנוסף לארבעת מימדי הזמן והמרחב, בכדי לתאר התנגשויות בין מזונים, בניסיון לשפר את התיאור המקובל. יחדיו, הצענו שכאשר שני מזונים מתנגשים יש לתאר את ההתנגשות בין מיתרים פתוחים אשר ״צוללים״ לתוך המימד החמישי ועורכים את האינטראקציה ביניהם בתוך המימד החמישי, ולא בעולמנו הארבע מימדי. חישובים שערכנו מראים, שכאשר מתארים את ההתנגשות בעזרת המימד הנוסף, מתקבל תיאור טוב יותר של התנגשות בין מזונים. התקווה שלי היא שבאמצעות התאמה בין המידע הניסיוני לגבי התנגשויות בין מזונים, ניתן יהיה לאשש את התיאור ההולוגרפי של הכוח החזק ואת קיומו של המימד החמישי.

<< לפוסט הקודם

מקורות:
[1] "Large-N QCD and the Veneziano Amplitude”, A. Armoni, Phys.Lett. B756 (2016) 328-331.
[2] “Holographic corrections to Meson Scattering”, A. Armoni and E. Ireson, Nucl.Phys. B919 (2017) 238-266

עריכה לשונית: לנה קלמיקוב