Moshe Rozali, fysiker ved University of British Columbia, forklarer.
Disse tal synes at være udvalgt i jagten på en grundlæggende teori om stof. Jo mere man undersøger materiens fundamentale struktur, jo mere simpelt synes tingene at blive. I udviklingen af nye teorier, der kan omfatte de nuværende teorier, søger forskerne efter mere enkelhed i form af symmetri. Ud over at være elegant er symmetri også nyttig til at begrænse antallet af konkurrerende modeller. Jo mere symmetri der er, jo færre modeller, der passer til den pågældende symmetri, findes der.
En nyttig sådan symmetri kaldes supersymmetri, som forbinder materie i form af fermioner med kraftbærere i form af bosoner. Det er en elegant symmetri, der forbinder tilsyneladende forskellige aspekter af vores univers. Selv om denne symmetri stadig er teoretisk, vil Large Hadron Collider, som efter planen skal tages i brug ved udgangen af dette årti, søge efter den ved hjælp af eksperimenter. Fermioner og bosoner adskiller sig fra hinanden ved den egenskab, der er kendt som spin. I kvanteenheder har fermioner et halvt helt spin, mens bosoner har et helt spin. Supersymmetri forbinder spin af partikler, der adskiller sig med en halvdel. Elektronen, som har spin , menes f.eks. at have en partner kaldet selektron, som har spin 0; i denne forstand er elektronen og selektronen spejlbilleder. Alle deres egenskaber er forbundet med hinanden gennem symmetrien. Således kan også boson og fermion være relateret i denne symmetri.
Men der kan være mere end én supersymmetri, ligesom der er mere end én måde at placere et spejl på. En enkelt supersymmetri forbinder en boson med en fermion. Hvis der findes andre sådanne symmetrier, forbinder de flere bosoner og fermioner og forener derved flere aspekter af vores univers. Med yderligere supersymmetri ville elektronen og selektronen f.eks. have yderligere partnere med spin 0 og 1. Symmetrien ville også begrænse den form, hvori disse partnere kan interagere med hinanden.
I sidste ende forenkler for meget symmetri dog teorien til det punkt, hvor den bliver triviel. Alle partiklerne er ikke i stand til at interagere med hinanden eller med vores måleapparater. Dette er bestemt ikke en god ting for en teoretiker at konstruere, så målet er at få den største mængde symmetri, der stadig giver mulighed for interessant fysik.
En guide i denne stræben er et teorem udtænkt af fysikerne Steven Weinberg og Edward Witten, som beviser, at teorier, der indeholder partikler med et spin højere end 2, er trivielle. Husk, at hver supersymmetri ændrer spinnet med en halvdel. Hvis vi ønsker, at spin skal ligge mellem -2 og 2, kan vi ikke have mere end otte supersymmetrier. Den resulterende teori indeholder en spin-2 boson, som netop er det, der er nødvendigt for at formidle gravitationskraften og dermed forene alle fysiske vekselvirkninger i en enkelt teori. Denne teori – kaldet N=8 supergravitation – er den maksimalt symmetriske teori, der er mulig i fire dimensioner, og den har været genstand for intens forskning siden 1980’erne.
En anden type symmetri opstår, når et objekt forbliver det samme på trods af at blive drejet i rummet. Fordi der ikke er nogen foretrukken retning i det tomme rum, er rotationer i tre dimensioner symmetriske. Lad os antage, at universet havde et par ekstra dimensioner. Det ville føre til ekstra symmetrier, fordi der ville være flere måder at dreje et objekt på i dette udvidede rum end i vores tredimensionelle rum. To objekter, der ser forskellige ud fra vores udsigtspunkt i de tre synlige dimensioner, kan i virkeligheden være det samme objekt, der er drejet i forskellige grader i det højere dimensionelle rum. Derfor vil alle egenskaber ved disse tilsyneladende forskellige objekter være relateret til hinanden; endnu en gang vil enkelhed ligge til grund for vores verdens kompleksitet.
Disse to typer symmetri ser meget forskellige ud, men moderne teorier behandler dem som to sider af samme sag. Rotationer i et højere dimensionelt rum kan forvandle den ene supersymmetri til en anden. Så grænsen for antallet af supersymmetrier sætter en grænse for antallet af ekstra dimensioner. Grænsen viser sig at være 6 eller 7 dimensioner ud over de fire dimensioner længde, bredde, højde og tid, idet begge muligheder giver anledning til præcis otte supersymmetrier (M-teorien er et forslag til yderligere forening af begge tilfælde). Flere dimensioner ville resultere i for mange supersymmetrier og en teoretisk struktur, der er for simpel til at forklare kompleksiteten i den naturlige verden.