Moshe Rozali, een natuurkundige aan de Universiteit van British Columbia, legt uit.

Deze getallen lijken te worden uitgekozen in de zoektocht naar een fundamentele theorie van materie. Hoe meer je de fundamentele structuur van materie onderzoekt, hoe eenvoudiger de dingen lijken te worden. Bij het ontwikkelen van nieuwe theorieën die de huidige kunnen omvatten, zoeken wetenschappers naar meer eenvoud in de vorm van symmetrie. Symmetrie is niet alleen elegant, maar is ook nuttig om het aantal concurrerende modellen te beperken. Hoe meer symmetrie er is, hoe minder modellen er bestaan die aan die symmetrie voldoen.

Een nuttige symmetrie heet supersymmetrie, die materie in de vorm van fermionen verbindt met krachtdragers in de vorm van bosonen. Dit is een elegante symmetrie die schijnbaar verschillende aspecten van ons heelal met elkaar in verband brengt. Hoewel deze symmetrie nog theoretisch is, zal de Large Hadron Collider, die tegen het einde van dit decennium operationeel moet worden, er experimenteel naar zoeken. Fermionen en bosonen verschillen van elkaar door de eigenschap die spin wordt genoemd. In kwantumeenheden hebben fermionen een half-integere spin, terwijl bosonen een gehele spin hebben. Supersymmetrie relateert de spin van deeltjes die voor de helft verschillen. Zo zou het elektron, dat spin heeft, een partner hebben, het selectron, dat spin 0 heeft; in die zin zijn het elektron en het selectron spiegelbeelden. Al hun eigenschappen zijn aan elkaar gerelateerd door de symmetrie. Zo kunnen ook het boson en het fermion in deze symmetrie aan elkaar gerelateerd zijn.

Maar er kan meer dan één supersymmetrie zijn, net zoals er meer dan één manier is om een spiegel te plaatsen. Een enkele supersymmetrie verbindt een boson met een fermion. Als er meer van zulke symmetrieën zijn, verbinden ze meer bosonen en fermionen en verenigen zo meer aspecten van ons universum. Bijvoorbeeld, met extra supersymmetrie zouden het elektron en het selectron extra partners hebben van spin 0 en 1. De symmetrie zou ook de vorm beperken waarin deze partners met elkaar kunnen interageren.

Op het laatst echter vereenvoudigt te veel symmetrie de theorie tot het punt dat ze triviaal is. Alle deeltjes zijn niet in staat tot interactie met elkaar of met onze meetapparatuur. Dit is zeker geen goede zaak voor een theoreticus om te construeren, dus het doel is om de grootste hoeveelheid symmetrie te krijgen die nog steeds interessante fysica mogelijk maakt.

Een leidraad in dit streven is een stelling bedacht door de natuurkundigen Steven Weinberg en Edward Witten, die bewijst dat theorieën die deeltjes met een spin hoger dan 2 bevatten triviaal zijn. Onthoud dat elke supersymmetrie de spin met de helft verandert. Als we willen dat de spin tussen -2 en 2 ligt, kunnen we niet meer dan acht supersymmetrieën hebben. De resulterende theorie bevat een spin-2-boson, en dat is precies wat nodig is om de gravitatiekracht over te brengen en zo alle fysische interacties in één theorie samen te brengen. Deze theorie – superzwaartekracht N=8 genaamd – is de maximaal symmetrische theorie die in vier dimensies mogelijk is, en is sinds de jaren tachtig het onderwerp van intensief onderzoek.

Een ander type symmetrie doet zich voor wanneer een voorwerp hetzelfde blijft ondanks dat het in de ruimte gedraaid wordt. Omdat er in de lege ruimte geen voorkeursrichting is, zijn rotaties in drie dimensies symmetrisch. Stel dat het heelal een paar extra dimensies had. Dat zou leiden tot extra symmetrieën omdat er in deze uitgebreide ruimte meer manieren zouden zijn om een voorwerp te roteren dan in onze driedimensionale ruimte. Twee objecten die er vanuit ons gezichtspunt in de drie zichtbare dimensies verschillend uitzien, zouden in feite hetzelfde object kunnen zijn, in verschillende graden gedraaid in de hoger-dimensionale ruimte. Daarom zullen alle eigenschappen van deze schijnbaar verschillende voorwerpen aan elkaar gerelateerd zijn; nogmaals, eenvoud zou ten grondslag liggen aan de complexiteit van onze wereld.

Deze twee soorten symmetrie lijken heel verschillend, maar moderne theorieën behandelen ze als twee kanten van dezelfde medaille. Rotaties in een hoger-dimensionale ruimte kunnen de ene supersymmetrie veranderen in een andere. De limiet op het aantal supersymmetrieën stelt dus een limiet aan het aantal extra dimensies. De limiet blijkt 6 of 7 dimensies te zijn naast de vier dimensies van lengte, breedte, hoogte en tijd, beide mogelijkheden geven aanleiding tot precies acht supersymmetrieën (M-theorie is een voorstel om beide gevallen verder te verenigen). Meer dimensies zou leiden tot te veel supersymmetrie en een theoretische structuur die te eenvoudig is om de complexiteit van de natuurlijke wereld te verklaren.