Prvi primer fizičke realnosti teorije struna

Poslednjih godina teorija struna je na udaru kritike, jer njena obećanja nisu ispunila očekivanja. Međutim, teorijski fizičari Univerziteta u Lajdenu su najzad uspeli da upotrebe teoriju struna kako bi opisali jedan fizički fenomen i prvi su u svetu kojima je to pošlo za rukom. Njihovo postignuće upravo je objavljeno u časopisu Science. Što je još zanimljivije, jedan od trojice autora ovog rada je Mihailo Čubrović, naše gore list. Holanđani Jan Zanen i Konrad Šalm su zajedno s Čubrovićem uspeli da uspešno osvetle ranije neobjašnjiv prirodni fenomen kvantno-kritičnog stanja elektrona koristeći matematiku teorija struna.

Elektroni mogu da postignu jedno specijalno stanje zvano kvantno-kritično stanje, koje igra ulogu u superprovodljivosti na visokim temperaturama. Ta provodljivost je dugo bila vruća tema u fizici. U superprovodljivosti koju je takođe u Lajdenu otkrio holandski fizičar Hajke Kamerling Ones, elektroni mogu da jure kroz materijal ne nailazeći na nikakav otpor. U početku se činilo da se superprovodljivost može postići samo na veoma niskim temperaturama bliskim apsolutnoj nuli, ali se javljalo sve više primera u kojima se manifestovala na višim temperaturama. Do sada niko nije uspeo da objasni superprovodljivost na visokim temperaturama. Oduvek se smatralo da kad se jednom bude razumelo pomenuto kvantno-kritično stanje, moći će da se razume i ta superprovodljivost. Međutim, iako su eksperimenti proizvodili obilje informacija, niko nije imao pojma kako da opiše taj fenomen. Teorija struna sada nudi rešenje.

Ovo je prvi put da je neka kalkulacija zasnovana na teoriji struna objavljena u časopisu Science, mada je ta teorija naširoko poznata. „Od teorije struna se uvek puno očekivalo“, objasnio je Zanen koji ju je studirao samo da bi zadovoljio sopstvenu znatiželju. „Teorija struna često se smatra Ajnštajnovim čedom čiji je cilj da se iznađe revolucionarna i složena teorija koja bi bila nekakva ‘teorija svega’. Pre deset godina istraživači su čak govorili ‘dajte nam dve nedelje i moći ćemo da vam kažemo kako je nastao veliki prasak’. Problem teorije struna je to što uprkos izvanrednoj matematici nikada nije bila u stanju da napravi konkretnu vezu s fizičkom realnošću – sa svetom oko nas.“

Zanen, Čubrović i Šalm sada nastoje da promene ovu situaciju primenjujući teoriju struna na fenomen koji fizičari nisu bili u stanju da objasne: kvantno-kritično stanje elektrona. Ovo specijalno stanje nastaje u materijalu neposredno pre nego što on postane superprovodan na visokoj temperaturi. Zanen to stanje opisuje kao „kvantnu supu“ u kojoj elektroni formiraju kolektiv nezavisan od rastojanja i u kome ispoljavaju isto ponašanje na mikroskospkoj skali kvantne mehanike ili na makroskopskoj skali.

Trojka je upotrebila aspekt teorije struna poznat kao korespondencija anti de-Sitterovog prostora (hiperboličkog prostora koji se ponaša saglasno specijalnoj teoriji relativnosti) i kvantne teorije konformnog polja (polja koje je invarijantno pri konformnim transformacijama) (Anti-de-Sitter/Conformal Field Theory, AdS/CFT). Ova korespondencija omogućava da se veliki relativistički svet prevede u opis na nivou kvantne fizike, drugim rečima, premošćava jaz između ta dva različita sveta. Primenjujući je na situaciju u kojoj crna rupa vibrira kad elektron padne u nju, došli su do opisa elektrona koji ulaze u kvantno-kritično stanje i izlaze iz njega.

„Posle višednevnog upornog rada, slagalica se složila. Nismo očekivali da će raditi tako dobro“, izjavio je zadovoljno Zanen. „Matematika je pasovala odlično. Kad smo videli rezultate u početku nismo mogli da poverujemo, ali ispostavilo se da su u redu. Otvaraju vrata do novih stvari.“

Mada zagonetka superprovodljivosti na visokim temperaturama nije u potpunosti rešena, ovaj rad pokazuje da se veliki problemi u fizici mogu napasti korišćenjem teorije struna. Njegovi autori smatraju da je to samo početak. „AdS/CFT korespodencija sada objašnjava stvari s kojima su se naše kolege bezuspešno rvale godinama, uprkos ogromnim naporima. S njom se može uraditi puno toga. Još uvek ne razumemo sve u potpunosti ali su to svakako vrata koja će nas odvesti do mnogo većih otkrića.“ Činjenica da je Science pristao da tako rano objavi ovo otkriće to i potvrđuje.

O radu pod naslovom “String Theory, Quantum Phase Transitions, and the Emergent Fermi Liquid” čiji su autori Mihailo Čubrović, Jan Zaanen i Koenraad Schalm može se saznati više ovde http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1174962v2 |Search:Find More About Prvi primer fizičke realnosti teorije struna| [ad#ad-post1]

tnews