חוקרים ברחבי העולם מחפשים הסבר לתעלומת החומר האפל ולבעיית ההיררכיה. שתי הבעיות נראות שונות לחלוטין, אך לטענת חוקרים מאוניברסיטת ג'ונס גוטנברג שבגרמניה ניתן ליישב את שתיהן בעזרת ממד חמישי קומפקטי. המודל המשוער לא סותר הנתונים הנסיוניים שהתגלו במאיצים הנוכחיים וחוזה חלקיק חדש בעל מסה של 30TeV העשוי להתגלות במאיצים עתידיים
חוקרים ברחבי העולם מחפשים הסבר לתעלומת החומר האפל ולבעיית ההיררכיה. לדברי החוקרים מאוניברסיטת ג'ונס גוטנברג שבגרמניה ניתן ליישב את שתי הבעיות, שנראות שונות לחלוטין, בעזרת מנגנון יחיד. להבדיל ממודלים מקבילים שהוצעו בעבר, המודל הנוכחי מציע תחזיות ניסיוניות שניתן לבחון בעתיד הקרוב. קוראנו הקבועים מכירים מקרוב את החומר האפל אך בעיית ההיררכיה פחות פופולארית בתקשורת המדעית.
הסיפור מתחיל עם גילויו של שדה ההיגס, הרכיב האחרון ב"מודל הסטנדרטי". המודל התאורטי שאושש אינספור פעמים, ובדיוק פנומנלי, מתאר את ארבעת הכוחות ואת החלקיקים היסודיים בטבע בעזרת תורת שדות קוונטית. על אף ההצלחה הכבירה, פיזיקאים מכירים בעובדה שהמודל הסטנדרטי אינו סוף הסיפור. כוח הכבידה, החומר האפל והאנרגיה האפלה לא כלולים במודל ומהווים מכשול רציני אל עבר "התורה של הכל".
מלבד לאותם רכיבים שאינם כלולים במודל, פיזיקאים מתעקשים למצוא הסבר למספרים הנמדדים בטבע (למשל למסות החלקיקים או לעוצמת הכוחות בטבע). בעיית ההיררכיה נוגעת בדיוק בשאלה זו – פיזיקאים תוהים מדוע כוח הכבידה חלש בהרבה מה"כוח החלש"? ניתן לנסח אחרת שאלה זו בעזרת שדה ההיגס (משום שהוא אחראי למסת החלקיק המתווך את הכח החלש) - מדוע שדה ההיגס בעל ערך קבוע כה קטן? באופן מפתיע, שדה ההיגס בוחר להתמקם סביב גודל מאוד לא יציב (בהתאם למודל הסטנדרטי).
הפיתרון שהציעו החוקרים מגרמניה הגיע ממקור מפתיע גם כן. עוד בשנות העשרים, תיאדור קלוצה ואוסקר קליין העלו השערה שקיים מימד נוסף, קטן וקומפקטי, ובעזרתו ניתן לאחד בין כוח הכבידה לכח האלקטרומגנטי. בשנות התשעים הראו יובל גרוסמן מסטנפורד ומטיאס נאוברט, פרופסור מקורנל דאז, שניתן להשתמש בקיומו של מימד חמישי קומפקטי כמנגנון ליצירת מסות לחלקיקים. ב-2006 החוקר מטיאס הראה שהמימד החמישי חוזה חלקיק הדומה בתכונותיו לשדה ההיגס אך המסה של חלקיק זה גדולה בהרבה מההיגס המוכר. לצערם, החלקיק היה כה מאסיבי שאפילו המאיץ בסרן לא יכול לאתרו.
"זה היה סיוט" משחזר ג'ביאר קסטלנו, דוקטורנט שהיה מעורב במחקר. "התרגשנו לגלות שהמודל שבנינו חוזה חלקיק חדש אך מסתבר שהיה בלתי אפשרי לאשש או להפריך את קיומו בניסוים הנוכחיים".
במאמר שפרסמו לאחרונה בכתב העת European Physical Journal C החוקרים גילו שטענה זו לא בהכרח מדויקת. החלקיק החדש משמש בתוך "מתווך", או בשפה היומיומית כ"כוח" המופעל בין החלקיקים הידועים בטבע לחומר האפל המפוזר ביקום. לדברי החוקרים, בעזרת המודל שהציעו ניתן להסביר את כמות החומר האפל הנצפית ביקום ובתקווה גם להעמיק על טבעו דרך המימד החמישי. "לאחר שנים של חיפוש, אנחנו מאמינים שהמודל שהצענו מאפשר לראשונה מחקר מעמיק על החומר האפל ברמה הניסיונית. האינטראקציה בין החומר האפל לחומר הידוע ביקום המתוארת במודל, מתווכת על ידי החלקיק ההיפותטי. ניתן לחשב את הפיזור בין החלקיקים דרך החלקיק הסקאלרי שהצענו בדיוק רב", מסביר פרופ' מטיאס. "בסופו של דבר – אנחנו מקווים שהחלקיק החדש יתגלה דרך האינטראקציה המשוערת".
וכעת לעמדתי הצנועה - על אף העבודה המרשימה, צריך לזכור שהטבע לא בהכרח נשמע לאלגנטיות מתמטית, הגדרה הנקבעת כמובן על ידינו, בני האנוש. גם בתקופתו של היגס, הוצעו שלל רעיונות שניסו להסביר את המנגון מאחורי יצירת מסות לחלקיקים בטבע. החלופות דומות לאלו שמוצעות היום ומערבות מימד חמישי. היתרון במודל זה שניתן לבחון את התחזיות שהוא מציע בעתיד הלא רחוק, אך ניסיון העבר מלמד אותנו שהטבע מפתיע יותר מכל מה שבני האדם יכולים לדמיין.
למאמר המקורי
עוד בנושא באתר הידען: