Keresik az extra dimenziókat

Egyes modern fizikai elméletek merész következtetésekhez vezetnek, például 10-12 dimenziósnak láttatják világunkat. Sokáig úgy tűnt, hogy belátható időn belül nincs remény az elméletek kísérleti ellenőrzésére. Az Antarktiszon kipróbált AMANDA neutrínó-detektor sikeres próbaüzeme után azonban már építik a hatalmas IceCube ("Jégkocka") detektorrendszert, és ennek méréseitől remélik az elméletek igazolását vagy meggyőző cáfolatát.

Évtizedek óta törekszenek a fizikusok a 20. század két alapvető és sikeres elméletének, a kvantumfizikának és a relativitáselméletnek az összehangolására. A természet négy alapvető kölcsönhatásának egységes leírására is születtek elméletek, pl. a húrelmélet, amely nem pontszerűnek, hanem egy húr különböző rezgésállapotainak tekinti a részecskéket. Megszületett a szuperszimmetria gondolata is, ez minden ma ismert részecske mellé egy szuperszimmetrikus partnert rendel. A szuperhúrelmélet különböző változatai megoldást kínálnak a négy kölcsönhatás egyesítésére, a gravitáció és a kvantumelmélet összeillesztésére. Az elmélet szerint az egyesülés rendkívül nagy energiákon megy végbe, ez az energiatartomány viszont a mai és az épülő vagy tervezett részecskegyorsítók számára is elérhetetlen.

A természetben szerencsére zajlanak rendkívül nagy energiájú folyamatok is, például hatalmas energiájú neutrínók érkeznek a világegyetemből a Földre. A nullánál alig nagyobb tömegű semleges neutrínók hatalmas anyagmennyiségen, pl. az egész földgolyón is képesek kölcsönhatás nélkül, zavartalanul áthatolni. Észlelésükhöz ezért van szükség nagy detektorrendszerekre. Az AMANDA és az IceCube azokat a neutrínókat észleli, amelyek az Antarktisz jegében kölcsönhatásba léptek egy atommal - ez fénykibocsátáshoz vezet, ezt észlelik a detektorok. A mérési adatokból vissza lehet következtetni az észlelt neutrínó energiájára és beérkezési irányára. Az IceCube egy köbkilométernyi (!) térfogatban gyűjti majd az adatokat.

A húrelméletben feltételezett extra dimenziók következtében a nagy energiájú neutrínók mikroszkopikus fekete lyukakat hozhatnak létre, ezek aztán elpárolognak, és látványos részecskezáport keltenek a légkörben és az antarktiszi jégtakaróban. Ha viszont egy alulról, a Föld túloldaláról érkező neutrínó kelt fekete lyukat, akkor ennek a részecskezáporát elnyelni a földkéreg, vagyis lentről kevesebb neutrínóról kapunk hírt. A mérés lényege tehát a fentről, a légkörből és a lentről, a Föld túloldaláról érkező neutrínók számának az összehasonlítása. Az AMANDA eddig egy tucatnyi nagyenergiájú neutrínó detektálásával bizonyította a módszer alkalmazhatóságát. Néhány évet még mindenképpen várnunk kell, míg az IceCube elegendő adatot gyűjt össze az elméleti számítások ellenőrzéséhez, az extra dimenziók létének igazolásához vagy cáfolásához.

Jéki László