Moshe Rozali, fysiker vid University of British Columbia, förklarar.
Dessa tal verkar vara utpekade i sökandet efter en grundläggande teori om materia. Ju mer man undersöker materiens grundläggande struktur, desto enklare tycks saker och ting bli. När forskarna utvecklar nya teorier som kan omfatta de nuvarande söker de efter mer enkelhet i form av symmetri. Förutom att symmetri är elegant är den användbar för att begränsa antalet konkurrerande modeller. Ju mer symmetri det finns, desto färre modeller som passar in i symmetrin finns.
En användbar sådan symmetri kallas supersymmetri, som förbinder materia i form av fermioner med kraftbärare i form av bosoner. Detta är en elegant symmetri som förbinder till synes olika aspekter av vårt universum. Även om denna symmetri fortfarande är teoretisk kommer Large Hadron Collider, som enligt planerna ska tas i drift i slutet av årtiondet, att leta efter den experimentellt. Fermioner och bosoner skiljer sig åt genom den egenskap som kallas spin. I kvantenheter har fermioner ett halvt helt spinn, medan bosoner har ett helt spinn. Supersymmetri relaterar spinnet hos partiklar som skiljer sig åt med halva spinnet. Elektronen, som har spinn, anses till exempel ha en partner som kallas selektron, som har spinn 0. I denna mening är elektronen och selektronen spegelbilder. Alla deras egenskaper är relaterade till varandra genom symmetrin. Så kan också boson och fermion relateras i denna symmetri.
Men det kan finnas mer än en supersymmetri, precis som det finns mer än ett sätt att placera en spegel. En enda supersymmetri förbinder en boson med en fermion. Om det finns andra sådana symmetrier, kopplar de samman fler bosoner och fermioner och förenar därmed fler aspekter av vårt universum. Med ytterligare supersymmetri skulle till exempel elektronen och selektronen ha ytterligare partners med spinn 0 och 1. Symmetrin skulle också begränsa den form i vilken dessa partners kan interagera med varandra.
I slutändan förenklar dock för mycket symmetri teorin till den grad att den blir trivial. Alla partiklar kan inte interagera med varandra eller med våra mätinstrument. Detta är verkligen inte bra för en teoretiker att konstruera, så målet är att få den största mängden symmetri som fortfarande tillåter intressant fysik.
En vägledning i denna strävan är ett teorem som utarbetats av fysikerna Steven Weinberg och Edward Witten, som bevisar att teorier som innehåller partiklar med ett högre spinn än 2 är triviala. Kom ihåg att varje supersymmetri ändrar spinnet med hälften. Om vi vill att spinnet ska ligga mellan -2 och 2 kan vi inte ha fler än åtta supersymmetrier. Den resulterande teorin innehåller en spinn-2-boson, vilket är precis vad som behövs för att förmedla gravitationskraften och därmed förena alla fysiska interaktioner i en enda teori. Denna teori – som kallas N=8 supergravitation – är den maximalt symmetriska teori som är möjlig i fyra dimensioner och den har varit föremål för intensiv forskning sedan 1980-talet.
En annan typ av symmetri uppträder när ett objekt förblir detsamma trots att det roteras i rummet. Eftersom det inte finns någon föredragen riktning i tomt utrymme är rotationer i tre dimensioner symmetriska. Anta att universum hade några extra dimensioner. Det skulle leda till extra symmetrier eftersom det skulle finnas fler sätt att rotera ett föremål i denna utvidgade rymd än i vår tredimensionella rymd. Två föremål som ser olika ut från vår utsiktspunkt i de tre synliga dimensionerna kan i själva verket vara samma föremål, roterat i olika grad i det högre dimensionella rummet. Därför kommer alla egenskaper hos dessa till synes olika objekt att vara relaterade till varandra; återigen skulle enkelheten ligga till grund för komplexiteten i vår värld.
Dessa två typer av symmetri ser mycket olika ut, men moderna teorier behandlar dem som två sidor av samma mynt. Rotationer i ett högre dimensionellt rum kan förvandla en supersymmetri till en annan. Så gränsen för antalet supersymmetrier sätter en gräns för antalet extra dimensioner. Gränsen visar sig vara 6 eller 7 dimensioner utöver de fyra dimensionerna längd, bredd, höjd och tid, och båda möjligheterna ger upphov till exakt åtta supersymmetrier (M-teorin är ett förslag för att ytterligare förenhetliga båda fallen). Fler dimensioner skulle leda till för mycket supersymmetri och en teoretisk struktur som är för enkel för att förklara komplexiteten i den naturliga världen.