„Particula imposibilă”: Cercetătorii au descoperit călcâiul lui Ahile al teoriei corzilor!

Ce-ar fi dacă o particulă invizibilă ar putea submina una dintre cele mai ambițioase teorii din fizica modernă? Aceasta este perspectiva amețitoare deschisă de un nou studiu realizat de o echipă de fizicieni americani. Strategia lor: să descopere nu ceea ce poate prezice celebra teorie a corzilor, ci ceea ce nu poate explica. Iar rezultatul este neașteptat – o familie ciudată de cinci particule, poreclită „5-plet”. Niciodată detectată până acum, această structură ipotetică ar putea, dacă ar fi confirmată, să zdruncine fundamentele teoriei corzilor și să ofere o cale promițătoare pentru înțelegerea materiei întunecate. O conjuncție rară în fizica teoretică și un potențial punct de cotitură pentru unificarea legilor fundamentale ale naturii.

Teoria corzilor fascinează de zeci de ani prin promisiunea sa: unificarea tuturor forțelor cunoscute din univers într-un singur cadru matematic. Aceasta postulează că particulele fundamentale nu sunt punctiforme, ci corzi minuscule care vibrează în spații cu zece sau unsprezece dimensiuni. Problema? Teoria este atât de flexibilă încât poate fi adaptată aproape oricărei observații experimentale. Această versatilitate o face extrem de dificil de testat – și deci imposibil de falsificat, o condiție esențială pentru ca o teorie să fie considerată științifică.

Aici intervine abordarea originală a Rebeccăi Hicks, doctorandă la Universitatea din Pennsylvania, și a echipei sale. În loc să întrebe ce poate prezice teoria, cercetătorii au formulat întrebarea invers: ce fel de structuri nu ar putea apărea niciodată, în niciun scenariu permis de teoria corzilor?

Prin analiza profundă a spațiului posibil al modelelor de particule, au identificat o absență notabilă: un grup de cinci particule înrudite – „5-pletul” – care nu apare în niciuna dintre construcțiile cunoscute ale teoriei corzilor. Acest 5-plet are o simetrie internă aparte și include un fermion Majorana, o particulă exotică ce este propria ei antiparticulă. Conform calculelor, descoperirea unei astfel de structuri ar contrazice direct teoria corzilor. „Am analizat toate instrumentele teoretice de care dispunem, iar acest grup de cinci membri pur și simplu nu apare nicăieri”, explică Jonathan Heckman, fizician teoretician la UPenn și coautor al studiului, care a fost publicat în Physical Review Research.

Interesul pentru acest 5-plet nu este doar academic. Una dintre particulele sale – faimosul fermion Majorana – bifează toate criteriile pentru a fi candidatul ideal la materia întunecată: este masiv, stabil și interacționează extrem de slab cu materia obișnuită. Dacă această familie ar fi descoperită, ar putea reprezenta o dublă revelație: o fisură majoră în teoria corzilor și o descoperire-cheie într-unul dintre cele mai mari mistere cosmologice contemporane.

Pe hârtie, ideea este seducătoare. În practică, obstacolele sunt uriașe. Se estimează că particulele 5-plet sunt extrem de grele – de până la 10.000 de ori mai masive decât un proton – și pot fi produse doar în coliziuni de energie extrem de mare, ca cele generate de acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC). Chiar și atunci, ele ar fi instabile și s-ar dezintegra aproape instantaneu, lăsând în urmă semnale vagi, greu de distins de zgomotul de fond. Ca niște urme de pași în zăpadă… care dispar aproape imediat.

Până acum, căutările în datele colectate de detectorul ATLAS de la LHC nu au dat rezultate. Totuși, ele au permis stabilirea unei limite inferioare: dacă particulele 5-plet există, masa lor trebuie să fie mai mare de 650–700 GeV. Modelele mai ușoare au fost deja excluse.

Următorul pas? Continuarea căutărilor în fazele viitoare ale LHC, care își va crește sensibilitatea în următorii ani. Alte acceleratoare, și mai puternice, sunt luate în calcul pe termen lung.

În spatele acestei cercetări se află o ambiție colosală: să pună la încercare soliditatea unei teorii care, de peste o jumătate de secol, a promis totul – fără a livra ceva concret. Dacă 5-pletul ar fi descoperit, nu ar fi doar o lovitură pentru teoria corzilor. Ar fi un semnal clar că noi capitole în fizică sunt pe cale să se deschidă.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România