שתף קטע נבחר
הכי מטוקבקות

    האם קיים ממד רביעי? מאיץ החלקיקים יגלה

    האם ישנם ממדים נוספים במרחב? ניסויים במאיץ החלקיקים בז'נבה בוחנים את האפשרות שקיימת פיזיקה "אחרת"

    נכון שיהיה נהדר אם נוכל להושיט יד אל תוך ממד מרחב רביעי? אז נוכל להשתחרר מכבלי הגאומטריה הרגילה. פלונטרים בלתי פתירים של כבלים מאריכים ייפתחו בקלות. יהיה אפשר להפוך כפפה שמאלית ולהשתמש בה על יד ימין במקום הכפפה הימנית שאכל הכלב. רופאי שיניים יוכלו לעשות טיפולי שורש בלי לקדוח ואפילו בלי לבקש שתפתחו את הפה.

     

    אף שממדי מרחב נוספים נשמעים כיצירי דמיון פרוע, ייתכן שהם באמת קיימים. יש בעולמנו כמה תעלומות, כמו החולשה היחסית של כוח המשיכה והזיקה בין חלקיקים וכוחות נבדלים לכאורה, המרמזות שהיקום הידוע אינו אלא צִלה של מציאות רב-ממדית.

     

    אם כך הדבר, יוכל מאיץ ההדרונים הגדול (LHC) שעל יד ז'נבה להטיח חלקיקים זה בזה, לשחרר די אנרגיה לניתוק השלשלאות הכובלות אותם לשלושה ממדים ולתת לנו להציץ בממלכה המדהימה הזאת.

     

    ריבוי ממדים

    הוכחה לקיומם של ממדים נוספים "תשנה את כל תפיסת המציאות שלנו", אומר הקוסמולוג מקס טגמרק מן המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT). ב-1990 הוא תכנת גרסה ארבע-ממדית למשחק "טטריס", כדי לקבל טעימה מאותו עולם בעל ממדים נוספים. (בגרסה זו השחקן עוקב אחר הקוביות הצונחות בעזרת כמה חתכים תלת-ממדיים של המרחב הארבע-ממדי).

     

    בפיזיקה המודרנית, הנימוק העיקרי לריבוי ממדים הוא רעיון הקרוי סימטריית-על, המבקש לאחד את כל סוגי החלקיקים למשפחה אחת גדולה. סימטריית-על יכולה לעשות זאת רק אם יש 10 ממדי מרחב. אפשר שלא הבחנו בממדים הנוספים מפני שהם קטנים מכדי שנוכל להיכנס אליהם, או מפני שאנחנו, מעצם טבענו, תקועים בעולם תלת-ממדי כמו זחל הצמוד לשטח פניו של עלה.

     

    יש לציין שלא כל תיאוריה מאוחדת שמציעים הפיזיקאים כוללת ממדים נוספים. לכן גילויים האפשרי הוא נקודת ציון חשובה. "זה ימקד אותנו", אומרת הפיזיקאית ליסה רנדל מאוניברסיטת הרווארד, שקנתה לה שם בזכות מחקריה בסוגיית "הזחל והעלה".

     

    דרך אחת להגיע לממדים האלה, היא להגביר את האנרגיה של מאיץ החלקיקים. לפי חוקי המכניקה הקוונטית, ככל שהאנרגיה של חלקיק גבוהה יותר, כן היא מוגבלת לתחום צר יותר; כמות אנרגיה של טרה-אלקטרון-וולט (טא"ו, TeV) מתאימה לקוטר של 10-19 מטרים. אם הממד הנוסף יהיה בגודל הזה, החלקיק ייפול לתוכו, פשוטו כמשמעו, ויתחיל לרטוט.

     

    ב-1998 חיבר הפיזיקאי גורדון קיין מאוניברסיטת מישיגן באן ארבור תרחיש דמיוני שבו ה-LHC מפגיש שני פרוטונים ובהתנגשות נוצרים אלקטרונים וחלקיקים אחרים שלכמה מהם אנרגיה של 1 טא"ו ולאחרים כפולות שלמות של כמות זו, כלומר 2 או 3 טא"ו.

     

    כפולות כאלה יעידו על הרמוניות של הרטט בממדים הנוספים שנפתחו בהתנגשות. גם תגובות ותהליכים סטנדרטיים בין חלקיקים וגם הסברים אקזוטיים יותר, כמו חלקיקי חומר אפל, לא יוכלו להסביר תצפית כזו.

     

    ייתכן גם שהממדים הנוספים יתגלו בדרכים אחרות. אם ייווצרו ב-LHC חורים שחורים תת-אטומיים, הם יספקו הוכחה ישירה לקיומם של ממדים נוספים מפני שהכבידה במרחב תלת-ממדי רגיל פשוט חלשה מכדי ליצור חורים שחורים בגודל כזה.

     

    פיזיקה חדשה

    ממדים נוספים אמורים להגביר את הכבידה בסדרי גודל קטנים, בגלל סיבות גאומטריות. הם אמורים גם לשנות את התנהגותם של כוחות אחרים, כמו הכוח האלקטרו-מגנטי, בסדרי גודל קטנים.

     

    ומאחר שהממדים הנוספים מכתיבים את מהלכיה של סימטריית העל, הם עשויים להכתיב דפוסים מסוימים של מסה ושל תכונות אחרות של חלקיקים. שלא בעזרת ה-LHC, אפשר שהמדענים ימצאו רמזים לקיומם של ממדים נוספים במדידות של עוצמת כוח המשיכה ובתצפיות במסלוליהם של חורים שחורים או כוכבים מתפוצצים.

     

    התגלית תשנה לא רק את פני הפיזיקה, אלא גם את כל תחומי המדע הקשורים אליה. ממדים נוספים יכולים להסביר תעלומות כמו ההאצה בהתפשטות היקום, ואפשר שהיא תהיה בבחינת הקדמה לגיבוש מחדש של מושג הממד בכלל, שהרי הולכת וגוברת התחושה שהמרחב והזמן נובעים מעקרונות פיזיקליים שפועלים בממלכה נטולת זמן ומרחב כליל.

     

    על אף עניינם של הפיזיקאים בממדים הנוספים, אנחנו לעולם לא נוכל לבקר בהם בעצמנו. אילו היו נגישים לחלקיקים שמהם אנחנו עשויים, חופש התנועה הנוסף היה מערער את יציבותם של מבנים מורכבים, לרבות מבנים של יצורים חיים. לצערנו, התסכול שגורמים הכבלים המלופפים והכאב שגורמים טיפולי השיניים הם מחיר הכרחי שעלינו לשלם על עצם קיומנו.

     

    הכתבה התפרסמה בגיליון אוקטובר-נובמבר של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.  

     

    לפנייה לכתב/ת
     תגובה חדשה
    הצג:
    אזהרה:
    פעולה זו תמחק את התגובה שהתחלת להקליד
    מאיץ החלקיקים בז'נבה
    צילום: המרכז למחקר גרעיני של האיחוד האירופי (cern)
    מומלצים