מה ההבדל בין מסה של חלקיק שנובעת משדה היגס או מרטיטה של מיתר? יוסי

כדי לענות על השאלה, יש לעמוד על הקשר האפשרי שבין תורת המיתרים והמודל הסטנדרטי של חלקיקים אלמנטאריים.

ניסויים לעולם אינם מאפשרים מדידה של מערכת פיסיקלית בדיוק אינסופי. ועל כן, אף באופן עקרוני, לא ניתן לאשש תיאוריות קיימות בוודאות מוחלטת. אם כך תיאוריות פיסיקליות הן לרוב תיאוריות 'אפקטיביות' המתארות באופן אמין מערכות פיסיקליות רק בגבול מסוים. לדוגמה, בפיסיקה הקלאסית, תיאורית הכוחות של ניוטון מדויקת להפליא בגבול שבו הגופים המתוארים נעים לאט ממהירות האור, ותיאורית הגרביטציה של ניוטון שימושית כל עוד הגרביטציה במערכת, חלשה. כאשר התנאים אלו אינם מתקיימים, התיאור הניוטוני כושל ויש להשתמש בתיאורית היחסות הפרטית והכללית של איינשטיין בהתאמה.

באופן דומה, תיאוריות בתחום של פיסיקה קוונטית של חלקיקים הן אפקטיביות ולרוב מתארות את הטבע עד לסקאלת מרחק מסוימת (המתאימה, ע"פ תורת הקוואנטים, לסקאלת אנרגיה). באופן דומה, גם המודל הסטנדרטי של חלקיקים המתאר את שלוש הכוחות בטבע (חלש, חזק ואלקטרומגנטי), הוא מודל אפקטיבי ומדויק עד למרחקים של ביליונית מגודל גרעין האטום, ((16-)^10 ס"מ). המודל חוזה את קיומו של חלקיק ההיגס המאפשר את היווצרות המסות של החלקיקים האלמנטאריים (כגון האלקטרון, הקוורקים וכו'). קיומו של חלקיק זה עדיין לא אומת, והתקווה היא כי ההיגס ימצא בניסוי ה-LHC שהחל (מחדש) בימים אלו בז'נווה.

ללא קשר לחלקיק ההיגס, אנו יודעים כי המודל הסטנדרטי הינו אפקטיבי ואינו מדויק. שתי ראיות לכך הן ניסויים המראים כי לניוטרינים יש מסה (אלו חלקיקים אלמנטאריים שע"פ המודל הסטנדרטי אמורים להיות חסרי מסה), וממצאים המדגימים את קיומו של החומר האפל (שאינו מוסבר במודל הסטנדרטי). עדיין איננו יודעים מהו המודל המשלים את המודל הסטנדרטי במרחקים קצרים יותר (השקולות לאנרגיות גבוהות יותר), ולשם כך אנו זקוקים לניסויים נוספים.

תמונה באדיבות ויקיפדיה.

למרות האמור לעיל, ישנם ניסיונות לכתוב תיאוריות המתיימרות לתאר את הטבע במלואו, בכל סקאלה. תיאוריות כאלו אינן מונחות ע"י ניסויים בלבד, אלא ע"י עקרונות פיסיקליים וקוהרנטיות מתמטית. תורת המיתרים היא דוגמה לתיאוריה כזו, והיא בפרט התיאוריה היחידה נכון להיום, המאפשרת תאור קוונטי של גרביטציה באופן קונסיסטנטי. בכדי שהתיאוריה תוכל לתאר את הטבע, עליה לשחזר את ההצלחות של המודל הסטנדרטי, כלומר תיאורה האפקטיבי באנרגיות נמוכות צריך להיות זהה לתיאור שאנו מכירים. כיוון שמנגנון ההיגס (כפי שמתואר במודל הסטנדרטי) לא הוכח אמפירית, חלק זה של התיאור האפקטיבי יכול להיות שונה. יש לציין כי נכון להיום, אין אף ניסויי המאשש את נכונותה של תורת המיתרים ובפרט תיאורה האפקטיבי הנכון במרחקים גדולים עדיין לא נמצא (אם כי סביר כי זו בעיה טכנית בלבד).

לסיכום, המנגנון האחראי על שבירת הכוח האלקטרו-חלש ומתן המסות לחלקיקים האלמנטאריים עדיין אינו ידוע. יתכן כי תורת המיתרים מייצרת באופן אפקטיבי את מנגנון ההיגס המתואר במודל הסטנדרטי אך גם יתכן שהיא יכולה לספק מנגנון אחר. בכל מקרה, אין צורך בתורת המיתרים כדי לתאר מנגנון שונה, וישנן כיום תיאוריות שונות ומעניינות המאפשרות מנגנונים אחרים. למעשה חלקן של התיאוריות מתארות מימדים נוספים וכלל אינן זקוקות לחלקיק ההיגס, אך על כך נרחיב בפעם אחרת

מיתרים (ויקיפדיה)

מאת: ד"ר תומר וולנסקי ומוטי פרידמן
המחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.