האם יימצא ממד חמישי?
מדענים במאיץ החלקיקים על שם פרמי בבטאוויה שבאילינוי ("פרמילאב") מתכננים ניסוי חדש שיחקור את האפשרות שקיים ממד חמישי, בנוסף לשלושת ממדי המרחב וממד הזמן
מאת: מארק אלפרט
גילוי ממדים חדשים מעבר לארבעה המוכרים - שלושת ממדי המרחב וממד הזמן - יהיה בין התגליות המרעישות ביותר בתולדות הפיסיקה. כעת, מדענים במאיץ החלקיקים על שם פרמי בבטאוויה שבאילינוי ("פרמילאב") מתכננים ניסוי חדש שיחקור את האפשרות שממדים נוספים אכן קיימים.
ב-2007 הודיעו חוקרים בפרויקט MiniBooNE של פרמילאב, שעוסק באיתור חלקיקים תת-אטומיים חמקמקים המכונים חלקיקי ניטרינו, שהם גילו חריגה מפתיעה. חלקיקי ניטרינו הם חלקיקים חסרי מטען חשמלי ובעלי מסה קטנה מאוד, הנוצרים בתגובות גרעיניות ובהתפרקויות חלקיקים. ישנם שלושה סוגים של ניטרינו: הניטרינו של האלקטרון, של המואון ושל הטאו. כשהם אצים לדרכם, הם משנים את טעמם, או "מתנודדים", בקצב מהיר.
בשעה שצפו חוקרי MiniBooNE באלומה של חלקיקי ניטרינו של מואון, שנוצרה באחד ממאיצי החלקיקים של פרמילאב, הם גילו ששיעור גבוה באופן בלתי צפוי של חלקיקים בטווח האנרגיה הנמוכה (מתחת ל-475 מיליון אלקטרון וולט) הפכו לחלקיקי ניטרינו של אלקטרון. החוקרים ניתחו את התוצאות במשך שנה אך לא הצליחו למצוא הסבר קונבנציונלי לתופעה הזאת, המכונה עודף באנרגיה נמוכה. התעלומה מיקדה את תשומת הלב בהשערה מעוררת סקרנות ומאד לא קונבנציונלית: ייתכן שניטרינו מסוג רביעי מדלג פנימה והחוצה מתוך ממדים אחרים.
תיאורטיקנים של תורת המיתרים, המבקשים לאחד את חוקי הכבידה עם חוקי מכניקת הקוונטים, חוזים זה זמן רב קיום של ממדים נוספים. כמה פיסיקאים העלו את האפשרות שייתכן שכמעט כל החלקיקים ביקום שלנו כבולים לקרומית ארבע-ממדית (brane) המשוכנת בתוך "נפח" ("bulk") בעל 10 ממדים. אבל חלקיק משוער שנקרא הניטרינו הסטרילי, שמקיים אינטראקציה עם חלקיקים אחרים רק באמצעות הכבידה, יוכל לטייל פנימה והחוצה מתוך הקרומית, כשהוא חותך דרך הממדים הנוספים. ב-2005 חזו היינריך פֵּייס, כעת באוניברסיטת דורטמונד שבגרמניה, סאנדפי פקוואסה מאוניברסיטת הוואי ותומס ג' ויילר מאוניברסיטת ונדרבילט שהמסעות שעורכים חלקיקי הניטרינו הסטריליים בממדים נוספים יגדילו את ההסתברות לתנודות טעם באנרגיות נמוכות - וזוהי בדיוק התוצאה שהתגלתה ב-MiniBooNE שנתיים לאחר מכן.
צוות ה-MiniBooNE, שהסיכוי לגלות חוקי פיסיקה חדשים הפיח רוח במפרשיו, הציע עד מהרה ניסוי נוסף שנקרא בשם MicroBooNE כדי לבחון את השערת הניטרינו הסטרילי. הגלאי החדש, מיכל בטמפרטורה נמוכה המלא ב-170 טונות של ארגון נוזלי, יוכל לזהות חלקיקים באנרגיה נמוכה בדיוק רב יותר מקודמו. חלקיק שיגיח מאינטראקציית ניטרינו יגרום ליינון של אטומי הארגון שיעמדו בדרכו, וישרה אגב כך זרמים במערכי תילים שיותקנו בדפנות המכל. כך יוכלו המדענים לקבוע את מסלולו המדויק של החלקיק, מה שיאפשר להם לאבחן אבחנה טובה יותר בין אינטראקציות של חלקיקי ניטרינו של אלקטרון לבין מאורעות אחרים ולקבוע בדרך זו אם באמת יש עודף של תנודות באנרגיות נמוכות.
המיכל של MicroBooNE, שיעלה על פי ההערכות כ-15 מיליון דולר, ימוקם על יד הגלאי של MiniBooNE בפרמילאב כדי שיוכל לצפות באותה אלומת ניטרינו. ביוני 2008 אישרה הוועדה המייעצת בפיסיקה של המעבדה את שלב התכנון של הפרויקט. אם הכול יתנהל כשורה, יוכל הגלאי להתחיל לפעול כבר ב-2011. חוקרים מקווים ש-MicroBooNE יוביל לפיתוח גלאים גדולים הרבה יותר, שיכילו מאות אלפי טונות של ארגון נוזלי במיכלים בגודל של מגרש ספורט. מתקנים כאלו יוכלו לחפש אחר עוד תופעות משוערות כמו למשל ההתפרקות הנדירה להפליא של פרוטונים. "זוהי טכנולוגיה חדשה ומופלאה", אומרת בוני פלמינג, פיסיקאית באוניברסיטת ייל והדוברת של פרויקט MicroBooNE. "והיא תמלא תפקיד מכריע בקידום הפיסיקה לשלב הבא".
מארק אלפרט הוא מחבר הספר "התיאוריה הסופית" (הוצאת טאצ'סטון, 2008), הכתבה התפרשמה בגיליון נובמבר של "סיינטיפיק אמריקן "
לפנייה לכתב/ת 
גילוי ממד חדש יהיה אחד המרעישים בתולדות הפיסיקה
צילום: ויז'ואל/פוטוס
