Sammanfattning
Strängteorin är en teoretisk ram som syftar till att förena standardmodellen för partikelfysik med allmän relativitetsteori, men den har hittills varit svår att testa experimentellt. I denna artikel granskas ett nyligt förslag om att söka efter en specifik partikelkonfiguration – en 5-plet inklusive en Majorana-fermion – som inte kan rymmas inom kända strängteorimodeller. Upptäckten av en sådan 5-plet vid Large Hadron Collider (LHC) skulle kunna falsifiera strängteorin. Vi diskuterar de teoretiska grunderna, experimentella metoder, nuvarande resultat och implikationer för fysiken, inklusive kopplingar till mörk materia. 1
Inledning
Standardmodellen för partikelfysik beskriver de grundläggande partiklarna och krafterna såsom elektromagnetism, stark kärnkraft och svag kärnkraft, medan allmän relativitetsteori hanterar gravitation som en geometrisk egenskap hos rumtiden. Dessa två ramverk är dock inkompatibla, särskilt när det gäller att integrera gravitation i en kvantmekanisk beskrivning. 0 Strängteorin föreslår att partiklar är små vibrerande strängar och kräver 10 eller 11 rums-tidsdimensioner, där extra dimensioner är hoprullade på små skalor. Detta gör teorin utmanande att testa, då höga energier behövs för att avslöja strängbeteenden.
Ett nytt tillvägagångssätt, presenterat i en studie publicerad i Physical Review Research, fokuserar på att identifiera partiklar som strängteorin inte kan inrymma, snarare än att söka bekräftelser. 1 Forskarna identifierar en ”5-plet” – en grupp av fem relaterade partiklar inklusive en Majorana-fermion som är sin egen antipartikel – som saknas i kända strängteoriberäkningar. Upptäckten av en sådan 5-plet skulle innebära att strängteorin är ”i enorma problem”, enligt Jonathan Heckman. 0
Metoder
Analysen bygger på teoretisk granskning av stränglandskapet, där alla kända strängmodeller endast stödjer lågdimensionala representationer av gaugegruppen SU(2). Högre dimensioner, som n ≥ 5 för en real representation, förekommer inte isolerat utan i torn av tillstånd med lättare partiklar i lägre dimensioner. 1
Experimentellt används LHC:s ATLAS- och CMS-detektorer för att söka efter signaturer av 5-pleten. Dessa inkluderar laddade partiklar som sönderfaller till en mjuk pion och en osynlig neutral partikel (X0), vilket resulterar i ”försvinnande spår” i detektorer. Data från miljarder kollisioner analyseras, och befintliga sökningar efter charginos omtolkas för att sätta gränser. 0 Simuleringar utförs med verktyg som FeynRules, MadGraph, PYTHIA och FastJet. 1
Resultat
Nuvarande ATLAS-data utesluter 5-plet-partiklar lättare än 650–700 GeV, vilket är fem gånger tyngre än Higgs-bosonen. 0 Tyngre möjligheter kvarstår öppna, och framtida uppgraderingar av LHC förväntas förbättra känsligheten. Studien konjekturerar att scenariot med en isolerad Majorana-fält i n ≥ 5-dimensionell representation inte realiseras i strängteori. 1
Diskussion
Upptäckten av en 5-plet skulle inte bara utmana strängteorin utan också ge insikter om mörk materia, som utgör 85 % av universums materia. En 5-plet kring 10 TeV skulle kunna passa teorier om mörk materias bildande. 0 Framtida kollider och mörk materia-detektorer erbjuder ytterligare vägar för att testa konjekturen. Forskarna betonar att de stress-tester strängteorin snarare än önskar dess misslyckande: ”Om den överlever, fantastiskt. Om den knäcks, lär vi oss något djupgående om naturen.” 0
Källor
[1] Baumgart, M., Christeas, P., Heckman, J. J., & Hicks, R. J. (2025). How to falsify string theory at a collider. Physical Review Research, 7(2), 023184. https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.7.023184
[2] Phys.org. (2025). Can the Large Hadron Collider snap string theory? https://phys.org/news/2025-07-large-hadron-collider-snap-theory.html
