Moshe Rozali, a British Columbia Egyetem fizikusa magyarázza.

Úgy tűnik, hogy ezeket a számokat emelik ki az anyag alapvető elméletének keresése során. Minél jobban megvizsgáljuk az anyag alapvető szerkezetét, annál egyszerűbbnek tűnnek a dolgok. A jelenlegi elméleteket felölelni képes új elméletek kidolgozásakor a tudósok további egyszerűséget keresnek a szimmetria formájában. Amellett, hogy a szimmetria elegáns, hasznos a konkurens modellek számának korlátozásában is. Minél több szimmetria van, annál kevesebb olyan modell létezik, amely megfelel az adott szimmetriának.

Az egyik hasznos ilyen szimmetriát szuperszimmetriának nevezik, amely összekapcsolja a fermionok formájú anyagot a bozonok formájú erőhordozókkal. Ez egy elegáns szimmetria, amely világegyetemünk látszólag különböző aspektusait kapcsolja össze. Bár ez a szimmetria egyelőre elméleti, a Nagy Hadronütköztető, amely a tervek szerint az évtized végén kezdi meg működését, kísérletileg fogja keresni. A fermionok és a bozonok a spin néven ismert tulajdonságukban különböznek egymástól. Kvantumegységekben kifejezve a fermionok fél egész spin-tartalommal rendelkeznek, míg a bozonok egész spin-tartalma egész. A szuperszimmetria a fele-fele arányban különböző részecskék spinjét kapcsolja össze. Például az elektronról, amelynek spinje van, úgy gondolják, hogy van egy társa, a szelektron, amelynek spinje 0; ebben az értelemben az elektron és a szelektron tükörképek. Minden tulajdonságuk a szimmetria révén kapcsolódik egymáshoz. Így a bozon és a fermion is ebben a szimmetriában kapcsolódhat egymáshoz.

De egynél több szuperszimmetria is létezhet, ahogyan egy tükör elhelyezésének is több módja van. Egyetlen szuperszimmetria egy bozont és egy fermiont kapcsol össze. Ha vannak más ilyen szimmetriák is, azok több bozont és fermiont kapcsolnak össze, és ezáltal az univerzumunk több aspektusát egyesítik. Például további szuperszimmetriával az elektronnak és a szelektronnak további 0 és 1 spinű partnerei lennének. A szimmetria azt is korlátozná, hogy ezek a partnerek milyen formában léphetnek kölcsönhatásba egymással.

Végső soron azonban a túl sok szimmetria a triviálissá válásig egyszerűsíti az elméletet. Az összes részecske képtelen kölcsönhatásba lépni egymással vagy a mérőeszközeinkkel. Ez természetesen nem jó dolog egy elméletalkotó számára, ezért a cél az, hogy a lehető legnagyobb mértékű szimmetriát érjük el, ami még mindig lehetővé teszi az érdekes fizikát.

Egy útmutató ebben a törekvésben a Steven Weinberg és Edward Witten fizikusok által kidolgozott tétel, amely bizonyítja, hogy a 2-nél nagyobb spinű részecskéket tartalmazó elméletek triviálisak. Ne feledjük, hogy minden egyes szuperszimmetria a spin felét változtatja meg. Ha azt akarjuk, hogy a spin -2 és 2 között legyen, akkor nem lehet nyolcnál több szuperszimmetriánk. Az így kapott elmélet tartalmaz egy spin-2 bozont, ami éppen szükséges a gravitációs erő közvetítéséhez, és ezáltal az összes fizikai kölcsönhatás egyesítéséhez egyetlen elméletben. Ez az elmélet – az úgynevezett N=8 szupergravitáció – a négy dimenzióban lehetséges maximálisan szimmetrikus elmélet, és az 1980-as évek óta intenzív kutatások tárgya.

A szimmetria egy másik típusa akkor fordul elő, amikor egy tárgy a térben való forgatás ellenére is ugyanaz marad. Mivel az üres térben nincs preferált irány, a három dimenzióban történő forgások szimmetrikusak. Tegyük fel, hogy az univerzumnak van néhány extra dimenziója. Ez extra szimmetriákhoz vezetne, mert ebben a kiterjesztett térben többféleképpen lehetne elforgatni egy tárgyat, mint a mi háromdimenziós terünkben. Két tárgy, amelyek a mi nézőpontunkból a három látható dimenzióban különbözőnek tűnnek, valójában ugyanaz a tárgy lehet, csak különböző mértékben elforgatva a magasabb dimenziójú térben. Ezért ezeknek a látszólag különböző tárgyaknak minden tulajdonsága kapcsolatban lesz egymással; ismét az egyszerűség lenne a világunk összetettsége mögött.

A szimmetria e két típusa nagyon különbözőnek tűnik, de a modern elméletek ugyanannak az éremnek a két oldalaként kezelik őket. A magasabb dimenziós térben történő elforgatások az egyik szuperszimmetriát átfordíthatják a másikba. Tehát a szuperszimmetriák számának korlátja korlátot szab az extra dimenziók számának. Kiderül, hogy a határ a négy dimenzió, a hossz, a szélesség, a magasság és az idő mellett 6 vagy 7 dimenzió, mindkét lehetőség pontosan nyolc szuperszimmetriát eredményez (az M-elmélet egy javaslat mindkét eset további egységesítésére). Bármilyen több dimenzió túl sok szuperszimmetriát és túl egyszerű elméleti struktúrát eredményezne ahhoz, hogy megmagyarázza a természeti világ komplexitását.