În afara celor trei dimensiuni spațiale și una temporală ar putea exista dimensiuni în plus: o teorie care are cinci dimensiuni rezolvă o serie de mistere din fizica modernă, printre care și cel legat de materia întunecată, dând speranțe oamenilor de știință să descopere semnale ale existenței acesteia în viitorul apropiat.

Spațiu-timp: câte dimensiuni?

În teoria actuală, cea a Modelului Standard al fizicii particulelor elementare, spațiu-timpul reprezintă o unică realitate cu patru dimensiuni: trei pentru spațiu și una pentru timp. Modelul Standard însă nu explică multe dintre fenomenele observate în Univers. În primul rând nu conține interacțiunea gravitațională. Nu ne spune din ce este făcută materia întunecată și nu reușește să explice de ce si cum particulele sunt organizate în familii cu mase diferite. În acest context încă din anii ’20  ai secolului trecut au fost propuse teorii cu mai multe dimensiuni care ar putea explica (parte din) misterele actuale. Printre aceste teorii se numără faimoasa teorie a corzilor (string theory) în care numărul dimensiunilor este 10 sau 11. Există însă teorii minimale – în care doar o singură dimensiune în plus face miracole: este vorba despre o teorie care a fost dezvoltată în ultimii ani de către grupul PRISMA+ Cluster of Excellence, Johannes Gutenberg University în Mainz, grup care a publicat un nou articol în revista European Physical Journal C în care prezintă noile rezultate printre care și cel care arată cum că dacă această teorie este valabilă materia întunecată ar putea să fie descoperită în curând!

Unde sunt aceste dimensiuni în plus?

Dacă ne uităm în jurul nostru vedem doar trei dimensiuni spațiale și mai avem și una temporală. Unde ar fi atunci a cincea dimensiune?  Nu o vedem! Această ar fi „turtită”, adică o dimensiune precum cea de-a treia a unei foi de hârtie – care are 2 dimensiuni ce se întind în mod teoretic la infinit, și cea de-a treia, grosimea foii de hârtie, este extrem de mică, compactată. Efectele celei de-a cincea dimensiuni însă s-ar face simțite și în Universul nostru unde nu vedem această dimensiune, însă o simțim prin modul în care fizica funcționează.

Miracolele celei de-a cincea dimensiuni

La oră actuală Modelul Standard nu oferă explicații asupra existenței materiei întunecate. Această formă de materie exercită atracție gravitațională asupra materiei normale – determinând modul în care se mișcă stelele și galaxiile în Univers. Se crede cum că această materie ar fi compusă din particule care nu fac parte din Modelul Standard: deci nu quarci, nu electroni, și nici chiar bosonul Higgs. Mai multe experimente au căutat să producă și să descopere aceste noi particule – atât la acceleratoarele de particule precum LHC, cât și în experimente în laboratoare subterane. Fără rezultate însă!

Noul model cu un Univers care ar avea 5 dimensiuni ajută în acest sens. Pe de o parte reușește să explice așa-numita ierarhie a particulelor din Modelul Standard, adică cum sunt acestea distribuite în familii cu masă ce crește de la o familie la alta. Pe de altă parte prevede existența unor interacțiuni în plus față de cele cunoscute; interacțiuni între particulele de materie întunecată și particulele noastre normale și cunoscute. Mediatorii acestor interacțiuni ar fi explicați tocmai de existența celei de-a cincea dimensiuni!

Dacă așa stau lucrurile, în viitorul apropiat unul dintre multele experimente care caută să descopere efecte ale unei noi interacțiuni asupra particulelor vizibile ar trebui să găsească ceva urme ale acesteia. Ar fi un rezultat revoluționar! Care ne-ar îndruma pașii spre cunoașterea unei noi teorii, a unor noi particule și de ce nu, a unor noi dimensiuni față de cele în care ne putem mișca (cel puțin la oră actuală).

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe