Moshe Rozali, ein Physiker an der Universität von British Columbia, erklärt das.
Diese Zahlen scheinen bei der Suche nach einer grundlegenden Theorie der Materie besonders wichtig zu sein. Je mehr man die grundlegende Struktur der Materie erforscht, desto einfacher scheinen die Dinge zu werden. Bei der Entwicklung neuer Theorien, die die bestehenden Theorien ergänzen können, suchen die Wissenschaftler nach mehr Einfachheit in Form von Symmetrie. Symmetrie ist nicht nur elegant, sondern auch nützlich, um die Zahl der konkurrierenden Modelle zu begrenzen. Je mehr Symmetrie es gibt, desto weniger Modelle, die zu dieser Symmetrie passen, gibt es.
Eine nützliche solche Symmetrie wird Supersymmetrie genannt, die Materie in Form von Fermionen mit Kraftträgern in Form von Bosonen verbindet. Dies ist eine elegante Symmetrie, die scheinbar unterschiedliche Aspekte unseres Universums miteinander verbindet. Obwohl diese Symmetrie noch theoretisch ist, wird der Large Hadron Collider, der Ende des Jahrzehnts in Betrieb gehen soll, experimentell nach ihr suchen. Fermionen und Bosonen unterscheiden sich durch eine Eigenschaft, die als Spin bezeichnet wird. In Quanteneinheiten ausgedrückt, haben Fermionen einen halbzahligen Spin, während Bosonen einen ganzzahligen Spin haben. Die Supersymmetrie verbindet den Spin von Teilchen, die sich um eine Hälfte unterscheiden. So wird beispielsweise angenommen, dass das Elektron, das einen Spin hat, einen Partner namens Selektron hat, der den Spin 0 hat; in diesem Sinne sind das Elektron und das Selektron Spiegelbilder. Alle ihre Eigenschaften sind durch die Symmetrie miteinander verbunden. So können auch Boson und Fermion in dieser Symmetrie zueinander in Beziehung stehen.
Aber es kann mehr als eine Supersymmetrie geben, genauso wie es mehr als eine Möglichkeit gibt, einen Spiegel zu positionieren. Eine einzige Supersymmetrie verbindet ein Boson mit einem Fermion. Gibt es weitere derartige Symmetrien, so verbinden sie mehr Bosonen und Fermionen und vereinheitlichen so weitere Aspekte unseres Universums. Mit zusätzlicher Supersymmetrie hätten zum Beispiel das Elektron und das Selektron zusätzliche Partner mit Spin 0 und 1. Die Symmetrie würde auch die Form einschränken, in der diese Partner miteinander wechselwirken können.
Schließlich vereinfacht ein Zuviel an Symmetrie die Theorie jedoch bis zur Trivialität. Alle Teilchen sind nicht in der Lage, miteinander oder mit unseren Messgeräten zu interagieren. Das ist für einen Theoretiker sicherlich keine gute Sache, daher ist das Ziel, die größtmögliche Symmetrie zu erreichen, die immer noch eine interessante Physik ermöglicht.
Ein Wegweiser in diesem Bestreben ist ein von den Physikern Steven Weinberg und Edward Witten entwickeltes Theorem, das beweist, dass Theorien, die Teilchen mit einem Spin größer als 2 enthalten, trivial sind. Zur Erinnerung: Jede Supersymmetrie verändert den Spin um die Hälfte. Wenn wir wollen, dass der Spin zwischen -2 und 2 liegt, können wir nicht mehr als acht Supersymmetrien haben. Die sich daraus ergebende Theorie enthält ein Spin-2-Boson, das genau das ist, was benötigt wird, um die Gravitationskraft zu vermitteln und damit alle physikalischen Wechselwirkungen in einer einzigen Theorie zu vereinen. Diese Theorie – die so genannte N=8-Supergravitation – ist die maximal symmetrische Theorie, die in vier Dimensionen möglich ist, und sie ist seit den 1980er Jahren Gegenstand intensiver Forschung.
Eine andere Art von Symmetrie tritt auf, wenn ein Objekt trotz Drehung im Raum gleich bleibt. Da es im leeren Raum keine Vorzugsrichtung gibt, sind Drehungen in drei Dimensionen symmetrisch. Nehmen wir an, das Universum hätte ein paar zusätzliche Dimensionen. Das würde zu zusätzlichen Symmetrien führen, weil es in diesem erweiterten Raum mehr Möglichkeiten gäbe, ein Objekt zu drehen als in unserem dreidimensionalen Raum. Zwei Objekte, die aus unserer Sicht in den drei sichtbaren Dimensionen unterschiedlich aussehen, könnten in Wirklichkeit ein und dasselbe Objekt sein, das im höherdimensionalen Raum unterschiedlich stark gedreht wurde. Daher werden alle Eigenschaften dieser scheinbar unterschiedlichen Objekte miteinander in Beziehung stehen; auch hier würde die Komplexität unserer Welt auf Einfachheit beruhen.
Diese beiden Arten der Symmetrie sehen sehr unterschiedlich aus, aber moderne Theorien behandeln sie als zwei Seiten derselben Medaille. Rotationen in einem höherdimensionalen Raum können eine Supersymmetrie in eine andere verwandeln. Die Begrenzung der Anzahl der Supersymmetrien setzt also eine Grenze für die Anzahl der zusätzlichen Dimensionen. Die Grenze liegt bei 6 oder 7 Dimensionen zusätzlich zu den vier Dimensionen Länge, Breite, Höhe und Zeit, wobei beide Möglichkeiten zu genau acht Supersymmetrien führen (die M-Theorie ist ein Vorschlag zur weiteren Vereinheitlichung beider Fälle). Jede weitere Dimension würde zu viel Supersymmetrie und eine zu einfache theoretische Struktur zur Folge haben, um die Komplexität der natürlichen Welt zu erklären.