Létezhetnek-e extra dimenziók?
Egy magyar kutatók által a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban megjelent tanulmány új szemszögből közelíti meg ezt a kérdést.
A mindennapi életben a teret három dimenziósnak észleljük, további dimenziókra az emberi léptékhez képest mikroszkópikus világ leírásához van szükség. A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont, a HUN-REN SZTE Sztelláris Asztrofizikai Kutatócsoport és az ELTE kutatói modellszámításaik alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a sűrű maganyagból álló, közel 10-12 km sugarú pulzár vagy neutron csillag esetén az elemi részecskék mérettartományával megegyező (fermi, 10⁻¹⁵ méter) extra dimenziók már kimutathatóak.
A makroszkópikus nagyságú extra térdimenziók jelenlétét olyan hétköznapi jelenségek is kizárják, mint a mindennapokban használt csomó. A hagyományos cipőfűzőt megkötni csak 3 dimenziós térben lehet – magasabb térdimenziók esetén bizony lenne egy "további tér", ahol kibomolhatna. - mondja Barnaföldi Gergely Gábor a HUN-REN Wigner FK kutatója.
A nagyenergiás fizikai kísérletekben vagy az asztrofizikai megfigyelések során lezajló, óriási energiájú folyamatokban szerepet játszhatnak, így a mikroszkopikus méretű extra dimenziók létezése ezeken a területeken nem zárható ki. Ezek megjelenése különösen extrém nagy energiasűrűségek esetén valószínű, például a korai Univerzumban, nagyenergiás részecskegyorsítók ütközéseiben vagy rendkívüli energiájú asztrofizikai objektumokban – tette hozzá a kutató.
A kutatók azt vizsgálták a legegyszerűbb, egy extra dimenziót tartalmazó Kaluza-Klein modellből kiindulva, hogy kompakt csillagok mérhető tulajdonságaiban lehetséges-e érzékelni az extra dimenziók hatását?
1. ábra: Bal oldalon: Kaluza-Klein tér topológiai szerkezete. Jobb oldalon:a Kaluza-Klein létra, azaz a bariontömeg-spektrum különböző méretű extra dimenzió esetén.
A válasz minket is meglepett – mondta Horváth Anna, a HUN-REN Wigner FK fiatal kutatója, az ELTE PhD hallgatója – hiszen egy-egy pulzár vagy neutron csillag néhány naptömegű, közel 10-12 km sugarú objektum, amelynek jelentős része sűrű maganyag. Az érdekesség, hogy egészen kicsi, mintegy fermi (azaz fm, ami a méter billiomod részének ezredrésze, azaz 0,000 000 000 000 001m) méretű extra dimenziók már kimutathatóak lehetnek pulzárok makroszkopikus, megfigyelhető csillagászati tulajdonságainak mérése során.
Az alkalmazott extra dimenziós kölcsönható anyag termodinamikája megengedi a hagyományos modellek és az extra dimenziós Kaluza-Klein modell összehasonlítását és fizikai értelmezését. Ezt a kompakt csillagok fizikai modelljébe beépítve a számítások csillagászati megfigyelésekkel is összevethetőek – zárta a gondolatot Forgács-Dajka Emese, a HUN-REN SZTE kutatócsoportjának és az ELTE-nek a kutatója.
A tanulmányból kiderül, hogy ha a kompaktifikált extra dimenzió mérete 0,2 femtométernél nagyobb lenne, akkor ezek hatása már a mai csillagászati megfigyelések pontosságának tartományába esne. Különösen érdekes, hogy az eredmény összhangban van más elméleti modellek által jósolt extra dimenziók mérettartományaival is.
2. ábra: Különböző elméleti modellek által jósolt extra dimenzió mérettartomány. A szerzők szerint a zöld sáv a kompakt csillagokban kimutatható mérettartományt mutatja.
