Fizikçiler Tesadüfen Sicim Teorisi'ni Keşfetti

Kuantum kütleçekimini daha iyi anlamaya çalışan fizikçiler, beklenmedik bir keşfe imza attı: Sicim teorisinin belirleyici imzaları, basit matematiksel varsayımlar üzerinden kendiliğinden ortaya çıktı.

Doğanın en derin katmanlarını anlamak için maddeyi parçalara ayırdığımızda karşımıza önce moleküller, ardından atomlar ve sonrasında protonlar, kuarklar ve gluonlar gibi atom altı parçacıklar çıkar. Ancak sicim teorisine göre evrenin temeli bundan çok daha derine iner. Protondan çok daha küçük ölçeklerde, evrenin aslında titreşen küçük sicimlerden oluştuğu öngörülür.

1960'larda geliştirilen sicim teorisi, fiziğin en büyük çözülememiş problemlerinden birine odaklanıyor: Kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirmek. Kuantum mekaniği, madde ve enerjinin mikro ölçekteki davranışlarını açıklarken; genel görelilik, kütleçekimini ve evrenin makro yapısını tanımlar. On yıllardır süren çabalara rağmen, kütleçekimi kuantum düzeyinde ele alındığında matematiksel modeller çöktüğü için bu iki çerçeveyi birleştirmek imkansız görünüyordu.

Sicim teorisi, noktasal parçacıklar yerine mikroskobik sicimleri önererek bu soruna bir çözüm sunuyor. Bu sicimlerin farklı titreşimlerinin, kütleçekimini taşıdığına inanılan varsayımsal "graviton" dahil olmak üzere tüm bilinen parçacıkları oluşturduğu savunuluyor. Ayrıca teori, insanların deneyimlediği dört boyutun ötesinde, en az 10 boyutun var olduğunu öngörüyor.

Teorinin önündeki en büyük engel ise doğrudan test edilememesi. Sicimleri deneysel olarak gözlemlemek için gereken enerji miktarı o kadar devasa ki, araştırmacıların neredeyse bir galaksi büyüklüğünde bir parçacık hızlandırıcıya ihtiyaç duyması gerekiyor.

Doğrudan test imkanının olmaması nedeniyle fizikçiler alternatif yöntemlere yöneldi. Bu noktada popülerleşen "bootstrap" (kendi kendini destekleyen) yaklaşımı, eksiksiz bir teoriyle başlamak yerine, doğanın nasıl davranması gerektiğine dair birkaç geniş varsayımla yola çıkıp ortaya çıkan matematiksel yapıları incelemeyi hedefliyor.

Physical Review Letters'da yayınlanmaya hak kazanan "Strings from Almost Nothing" (Hemen Hiçlikten Sicimlere) adlı yeni makalede; Caltech, New York Üniversitesi ve Barselona'daki Institut de Fisica d’Altes Energies'den araştırmacılar, bu yöntemi kullanarak aşırı yüksek enerjilerdeki parçacık etkileşimlerini inceledi. Saçılma davranışına ilişkin sadece birkaç temel varsayımla yola çıkan bilim insanları, beklenmedik bir şekilde sicim teorisinin temel özelliklerine ulaştı.

Caltech'te teorik fizik profesörü ve Leinweber Teorik Fizik Forumu direktörü Clifford Cheung, keşfi şu sözlerle özetliyor: "Sicimler kendiliğinden ortaya çıktı. Başlangıçta sicimlerle ilgili hiçbir varsayımda bulunmamıştık, ancak ulaştığımız çözüm sicimlerin temel imzalarını içeriyordu."