Триумфальный аккорд суперструн: Первое доказательство
Напомним, что Теория струн впервые появилась в 1970-х и стала одной из самых многообещающих попыток создать «теорию всего», объединяющей явления и квантовой механики, и Теории Относительности, объясняющей самые фундаментальные основы строения Вселенной.
Это сложнейшая физико-математическая концепция, однако, огрубляя, можно сказать, что она выдвигает идею о том, что все частицы и их взаимодействия представляют собой возбуждения одномерных квантовых струн в многомерном пространстве (точное число измерений зависит от того, какой именно версии теории мы придерживаемся, и может достигать 26-ти). Подробнее об этой удивительной теории можно узнать в нашей статье «Струнный концерт для Вселенной».
Несмотря на всю свою красоту и стройность, эта идея до сих пор не нашла никакого подтверждения «со стороны». Экспериментальные работы на таком уровне пока невозможны технически, а теоретические до сих пор наталкиваются на проблему колоссально сложного математического аппарата, который требуется для редуцирования многомерного пространства к нашим 4-м измерениям. Неудивительно, что за последние годы Теория струн, некогда давшая столько надежд, подверглась жесточайшей критике.
Однако первое теоретическое объяснение реального физического явления, сделанное на ее основе, дало и первое блестящее подтверждение правоты этой версии устройства мироздания. «Это просто великолепно. Я в жизни не испытывал подобной эйфории», — радуется Ян Заанен (Jan Zaanen), который вместе с Михайло Чабровичем (Mihailo Cubrovic) и Конрадом Шалмом (Koenraad Schalm) сумел объяснить ранее совершенно загадочное явление природы — и использовать для этого Теорию струн.
Явление это — высокотемпературная сверхпроводимость, до сих пор не получившая внятного научного объяснения (читайте наш ликбез на эту тему в статье «Возвращение к истокам»). Считается, что важную роль в этом явлении играет особое «связанное» состояние электронов, которые приобретают способность двигаться сквозь вещество, не встречая никакого сопротивления. Поначалу ученые полагали, что подобное состояние возможно лишь при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю. Однако все новые открытия сверхпроводящих материалов, сохраняющих свойства и при куда более высоких температурах (хотя, конечно, далеко еще не комнатных) поставили под сомнение имеющиеся объяснения этого явления — а нового объяснения по-прежнему нет.
«Принято считать, — говорит Ян Заанен, — что ключ — в связанном состоянии электронов, и если вы сумеете понять его, вы сумеете понять и высокотемпературную сверхпроводимость. Но хотя экспериментальных данных на этот счет вполне достаточно, объяснения им в рамках теории так и не было дано». Добавим — до недавнего времени.
Показательно и то, что работа Заанена и его коллег стала первым исследованием, основанном на Теории струн, результаты которого согласился опубликовать авторитетнейший журнал Science. «До сих пор, — поясняет Заанен, — Теория струн рождала слишком завышенные ожидания (...) Десять лет назад многие едва ли не заявляли, что через пару недель будет найдено объяснение всему, начиная с Большого Взрыва. Но проблема состоит в том, что до сих пор эта красивейшая математическая гипотеза оставалась лишь абстракцией, не имея никакой связи с реальностью».
Вот почему работу Заанена, Чабровича и Шалма можно назвать настоящей научной сенсацией, способной стимулировать новый прорыв в нашем понимании мироздания. Применив математический аппарат Теории струн к явлению, которое уже более десятка лет не имеет внятного физического объяснения, они сумели теоретически объяснить то особое связанное состояние электронов, которое, как считается, лежит в основе сверхпроводимости.
Надо сказать, что загадка высокотемпературной сверхпроводимости, конечно, еще далека от окончательного разрешения. Но главное — исследование этих трех физиков показало, что Теория струн вполне применима к явлениям реального мира, и более того, способна дать объяснение тем фактам, которые другим инструментам не поддаются. Возможно, нас ждут новые большие новости.
По публикации PhysOrg.Com
