Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

Geometrie beruhen, das alte Rätsel des Hierarchieproblems nicht durch ein neues (warum sind die Extradimensionen so groß?). In der verzerrten Geometrie ist die Extra-Dimension nicht groß. Die großen Zahlen ergeben sich aus der exponentiellen Reskalierung von Raum und Zeit. Durch die exponentielle Reskalierung werden die Verhältnisse von Größen – und Massen – von Objekten gewaltig, selbst wenn diese Objekte im extra-dimensionalen Raum nur wenig voneinander getrennt sind.
    Die Exponentialfunktion ist nicht aus der Luft gegriffen. Sie geht aus der singulären Lösung von Einsteins Gleichungen in dem Szenario hervor, das wir vorgeschlagen haben. Raman und ich berechneten, dass in der verzerrten Geometrie das Verhältnis der Stärke zwischen Gravitationskraft und schwacher Kraft das Exponential der Entfernung zwischen den beiden Branen ist. Wenn der Abstand zwischen den beiden Branen einen vernünftigen Wert annimmt – etwa ein paar Dutzend, ausgedrückt durch die Skala, die durch die Gravitationskraft festgelegt wird –, entsteht auf natürliche Weise die richtige Hierarchie zwischen den Massen und der Stärke der Kräfte.
    In der verzerrten Geometrie ist die Gravitationskraft, die wir erleben, schwach – und zwar nicht etwa deshalb, weil sie durch große Extra-Dimensionen hindurch abgeschwächt wird –, sondern vielmehr deshalb, weil sie irgendwo anders konzentriert ist: auf der anderen Brane. Unsere Gravitationskraft ergibt sich nur als Ausläufer dessen, was sich in anderen Regionen der extra-dimensionalen Welt als sehr intensive Kraft wahrgenommen wird.
    Wir sehen das andere Universum auf der anderen Brane deshalb nicht, weil die einzige gemeinsame Kraft die Gravitationskraft ist und die Gravitationskraft in unserer Nachbarschaft zu schwach ist, um leicht beobachtbare Signale zu vermitteln. Tatsächlich kann man sich dieses Szenario als ein Beispiel eines Multiversums vorstellen, in dem die Dinge und Bestandteile unserer Welt nur sehr schwach mit den Dingen in einer anderen Welt wechselwirken oder in manchen Fällen überhaupt nicht. Die meisten dieser Spekulationen können nicht getestet werden und werden dem Reich der Vorstellungskraft überlassen bleiben. Wenn die Materie so weit entfernt ist, dass das Licht uns während der Lebensdauer des Universums nicht erreichen könnte, können wir sie schließlich nicht entdecken. Das »Multiversum«-Szenario, das Raman und ich vorschlugen, ist insofern ungewöhnlich, als die gemeinsame Gravitationskraft zu experimentell überprüfbaren Konsequenzen führt. Wir haben zwar keinen direkten Zugang zu dem anderen Universum. Aber Teilchen, die sich im höherdimensionalen leeren Raum bewegen, können zu uns kommen.
    Der offensichtlichste Effekt der extra-dimensionalen Welt – wenn eingehende Untersuchungen wie diejenigen am LHC fehlen – wäre die Erklärung für die Hierarchie der Masseskalen, die Elementarteilchenphysiker brauchen, um beobachtete Phänomene erfolgreich zu erklären. Das genügt uns natürlich nicht, um zu wissen, ob die Erklärung diejenige ist, die auch wirklich auf die Welt zutrifft, da diese Erklärung nicht zwischen vorgeschlagenen Lösungen unterscheidet.
    Die höhere Energie, die am LHC erreicht werden wird, sollte uns jedoch ermöglichen, herauszufinden, ob eine Extra-Dimension des Raumes bloß eine fremdartige Idee oder eine wirkliche Tatsache mit Bezug auf unser Universum ist. Wenn unsere Theorie richtig ist, würden wir erwarten, dass der LHC Kaluza-Klein-Teilchen erzeugt. Aufgrund der Verbindung mit dem Hierarchieproblem ist die richtige Energieskala, auf der man in diesem Szenario nach KK-Teilchen suchen muss, diejenige, die am LHC untersucht werden wird. Sie sollten eine Masse von etwa einem TeV haben – die Skala der schwachen Masse. Sobald die erreichte Energie hoch genug ist, könnten diese schweren Teilchen erzeugt werden. Die Entdeckung dieser KK-Teilchen würde die entscheidende Bestätigung liefern, die uns einen Einblick in eine stark erweiterte Welt gewährt.
    Tatsächlich besitzen die KK-Teilchen der verzerrten Geometrie ein wichtiges und charakteristisches Merkmal. Während die Stärke der Wechselwirkung des Gravitons selbst außergewöhnlich schwach ist – schließlich vermittelt es die extrem schwache Gravitationskraft –, wechselwirken die KK-Moden des Gravitons weitaus stärker, fast so stark wie die Kraft mit der Bezeichnung »schwache Kraft«, die in Wirklichkeit billionenmal stärker als die