Wie ist der aktuelle Stand der Stringtheorie (2013)?

Ich habe eine Reihe von Artikeln gesehen, in denen es darum geht, wie neue Erkenntnisse des LHC die (Super-)Stringtheorie und/oder Supersymmetrie zu widerlegen scheinen oder zumindest Physiker zwingen, sie neu zu formulieren und wesentliche Vorhersagen zu ändern.

Einige Beispiele:

Deshalb würde ich gerne wissen: Ist die Stringtheorie wirklich so hart getroffen worden? Verliert es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft an Boden? Glaubst du, es kann sich davon erholen? Gibt es tragfähige oder vielversprechende alternative Theorien? (Ich habe Michio Kaku in einigen Clips gesehen, in denen er sagte, die Stringtheorie sei „das einzige Spiel in der Stadt“.)

Hinweis: Eine verwandte Frage ist Was ist, wenn der LHC SUSY nicht sieht? , aber ich bitte um direktere Antworten angesichts der Ergebnisse der letzten 2 Jahre.

Die Supersymmetrie ist nicht tot. Einige der beliebtesten (und manche würden sagen, naiven) Modelle wurden ausgeschlossen, aber Supersymmetrie kann immer auf eine höhere Energieskala gehoben werden, wo wir sie (noch) nicht sehen können. Die Stringtheorie ist auch nicht tot. Tatsächlich ist die gesamte populäre Presseberichterstattung über die Stringtheorie unverantwortlich und sollte vermieden werden! Die Stringtheorie machte absolut keine Vorhersagen für den LHC, abgesehen von einigen extrem konstruierten Modellen. Die natürliche Heimat der Stringtheorie ist die Planck-Skala.
Lassen Sie mich im Allgemeinen sagen, dass es sehr schwierig ist, Zeichenketten mit der LHC-Physik zu verknüpfen. Konkret falsifiziert das Fehlen von SUSY-Partikeln am LHC die Stringtheorie nicht, obwohl das völlige Fehlen von Nicht-Standard-Physik bisher eine Enttäuschung für jeden ist, der auf diesem Gebiet arbeitet.
Außerdem sollte ich erwähnen, dass sich die meisten Wissenschaftler nicht wirklich für die Stringtheorie interessieren (diejenigen, die dies tun, sind dennoch sehr lautstark). Wenn also die Stringtheorie morgen sterben würde (abgesehen von der umstrittenen Frage, wie sie das tun könnte ), würden einige Theoretiker ihre Berufswahl bereuen, aber ansonsten würde das Leben weitergehen. Die Experimentatoren werden weiterhin Entdeckungen machen, und die Theoretiker werden ihnen folgen müssen, wohin sie auch führen. Die Stringtheorie würde ein interessantes und vielleicht nützliches mathematisches Werkzeug bleiben, aber sie würde nicht länger als einheitliche Theorie der Physik angesehen werden.
@Vibert Einige Stringtheoretiker haben (oder hatten zumindest) kein Problem damit, Verbindungen zur LHC-Physik herzustellen: youtube.com/… (obwohl er eher davon spricht, etwas zu beweisen als zu widerlegen)
@MichaelBrown der dritte Link könnte für Sie in Bezug auf Vorhersagen interessant sein (es sei denn, Sie verwerfen ihn als unverantwortliche Presseberichterstattung)
Beliebte Medien und Zeitschriften wie Nature und Scientific American schreiben viel Unsinn und Übertreibungen, nur um Kontroversen anzuzetteln und mehr Exemplare zu verkaufen. Viele echte Physiker nehmen sie nicht ernst, oft machen sich die Massenmedien gar nicht erst die Mühe, mit echten Experten über solche Themen zu sprechen, sondern zitieren lieber die uneingeschränkte Meinung sehr lautstarker Laien. Prof. Strassler muss oft eklatante Falschmeldungen bis hin zu irreführenden oder gar unehrlichen Aussagen sorgloser Journalisten in den Medien korrigieren.
Nun, deshalb frage ich hier. Aber ich würde mich über konkretere Antworten als "Diese Leute/Medien sind nicht glaubwürdig" freuen.
Zusätzlich zu der Frage, was passieren würde, wenn der LHC kein SUSY sieht, könnte diese Antwort auf eine andere Frage hilfreich sein, um zu sehen, was nötig wäre, um ST wirklich zu widerlegen.
Übrigens weiß ich nicht, warum das so ist, aber ich mag diese Frage irgendwie nicht sehr, da sie auf sehr übertriebenen, irreführenden und unehrlichen sensationellen Behauptungen in populären Medien basiert. Menschen, die solche Artikel in diesen Zeitschriften lesen, sind oft stark negativ vorkonditioniert gegenüber den erwähnten Themen der theoretischen Physik, und nichts, was ein Experte jemals sagen könnte, würde ihre Meinung ändern. Deshalb schreibt zB Lubos Motl keine Antwort, er hält es für sinnlos. Ich habe ihn gefragt.
Allerdings haben Prof. Strassler und Lubos Motl auf ihren Blogs ausführlich und ausführlich diskutiert, was an solchen und ähnlichen populären Artikeln aus physikalischer Sicht falsch ist. Bei Interesse könnte ich dir die Links geben.
Der erste Kommentar (von @MichaelBrown) kommt einer Antwort bisher am nächsten, und ich bin bereit, ihn zu akzeptieren. Die Hauptfrage wäre: Da es "immer auf eine höhere Energieskala hochgeschoben werden kann", werden wir es jemals sehen?
@Dilaton Das kann ich verstehen. Eigentlich habe ich gesehen, was er zu sagen hat unter physical.stackexchange.com/questions/44052/… . Und wenn mehrere Personen gegensätzliche Dinge behaupten, kann es ein vergeblicher Kampf sein, die Wahrheit für einen Außenstehenden herauszufinden, da die diskutierten Themen fortgeschrittenes Wissen erfordern und Autorität auch schwer festzustellen ist, wenn sie dem „Zuschauer“ nicht bereits bekannt ist. Aber zumindest sehe ich hier eine Art Konsens.
Ich möchte dieser langen Reihe von Kommentaren hinzufügen, dass der Nachweis von Teilchen/Resonanzen im LHC aufgrund der großen Anzahl von Daten und Kombinationen, die damit verbunden sind, ein sehr mühsamer Prozess ist. Es kann sein, dass die ersten supersymmetrischen Hinweise, selbst wenn sie im Energiebereich des LHC liegen, aus Untersuchungen der kosmischen Strahlung stammen werden. Es gibt das verlockende Photonensignal bei 130 GeV zum Beispiel arxiv.org/abs/1209.4562 , und wir erwarten einige Ankündigungen von Ting motls.blogspot.gr/2013/02/… .
Vorschlag zur Frageformulierung (v3): Beschränken Sie den Umfang der Frage, um nur nach dem Status von SUSY und nicht der Stringtheorie zu fragen (da der experimentelle Status der Stringtheorie auf dieser Seite bereits in anderen Beiträgen ausreichend behandelt wurde).
Es gab nie einen besonderen Grund zu der Annahme, dass Physik, die für die Theorie der nächsten Generation (TNGT) repräsentativ ist , bei LHC-Energien zugänglich sein muss . Es gab viel theoretisches Interesse an Regionen von Kandidaten-TNGT-Parameterräumen, die bei diesen Energien beobachtbar sein könnten, aber das ist nur eine Frage der Suche nach den eigenen Schlüsseln unter dem Laternenpfahl.
Darüber hinaus wurde in den letzten zwei Jahren nur etwas mehr als die Hälfte des vorgesehenen Energiebereichs der Maschine untersucht. Geduld ist angesagt.
Tatsächlich „sterben“ die Dinge in der theoretischen Physik nicht auf diese Weise. Es hat sich gezeigt, dass das Georgi-Glashow-Modell Vorhersagen liefert, die durch Experimente widerlegt werden, aber es ist als Modell keineswegs „tot“.

Antworten (3)

Die Idee, die in Frage gestellt, wenn auch sicherlich noch nicht widerlegt wurde, ist, dass es neue Teilchen außer dem Higgs-Boson gibt, die der LHC nachweisen kann. Es wurde allgemein angenommen, dass supersymmetrische Partner einiger bekannter Teilchen auftauchen würden, weil sie die Masse des Higgs-Bosons stabilisieren könnten.

Der einfachste Rahmen dafür besteht darin, dem Standardmodell einfach Supersymmetrie hinzuzufügen, und so wurden die meisten Stringmodelle der realen Welt um dieses "minimale supersymmetrische Standardmodell" (MSSM) herum aufgebaut. Es sind wirklich die Teilchenphysiker, die entscheiden werden, ob die MSSM ihren Status als Leitidee für neue Physik verlieren soll. Wenn sie auf ein "neues Standardmodell" umsteigen, dann werden auch die Stringtheoretiker umsteigen.

Unabhängig davon, ob sie das SM, das MSSM oder etwas anderes anstreben, besteht die Herausforderung für Stringtheoretiker darin, erstens eine Form für die zusätzlichen Dimensionen zu finden, die dazu führt, dass sich die Strings ungefähr wie die beobachteten Teilchen verhalten, und zweitens diese zu verwenden Modell, um etwas Neues vorherzusagen. Aber wie die Dinge stehen, haben wir immer noch nur Saitenmodelle, die der Realität qualitativ entsprechen.

Hier ist ein Beispiel von vor einem Jahr – „Heterotic Line Bundle Standard Models“ . Sie werden sehen, dass die Autoren über die Konstruktion von "Standardmodellen" innerhalb der Stringtheorie sprechen. Das bedeutet, dass die niederenergetischen Zustände in diesen Stringmodellen den Teilchen des Standardmodells ähneln – mit gleichen Ladungen, Symmetrien etc.

Aber das ist erst der Anfang. Dann müssen Sie nach Feinheiten suchen. In dieser Arbeit beschäftigen sie sich mit weiteren Eigenschaften wie dem Protonenzerfall, der relativen Schwere der verschiedenen Teilchengenerationen und Neutrinomassen. Das erfordert bereits eine Menge Analysen. Der ultimative Test wäre, die genauen Massen und Kopplungen zu berechnen, die von einem bestimmten Modell vorhergesagt werden, aber das ist immer noch zu schwierig für den aktuellen Stand der Theorie, und es gibt noch viel zu tun, nur um eine Reihe von Modellen zu konvergieren, die richtig sein könnten .

Wenn also am LHC keine Supersymmetrie auftritt, würden Stringtheoretiker einige dieser Zwischenkriterien ändern, anhand derer sie die Plausibilität eines Modells beurteilen, z. B. wenn sich die Meinung der Teilchenphysik von der Erwartung, dass Supersymmetrie bei LHC-Energien auftritt, zu der Erwartung nur von Supersymmetrie ändert auf der Planck-Skala erscheinen. Es würde bedeuten, bei bestimmten Aspekten dieser Modellanalysen von vorne zu beginnen, denn jetzt haben Sie die Details Ihres endgültigen Ziels geändert.

Disclaimer: Ich bin kein Phänomenologe.

...

Abgesehen davon denke ich, dass hier zwei Probleme miteinander vermischt werden:

  • Das erste ist, dass SUSY für die mathematische Konsistenz der Stringtheorie mehr oder weniger notwendig ist, ja.
  • Die andere ist, dass wir, wenn die Natur auf LHC-zugänglichen Energieskalen supersymmetrisch ist, möglicherweise eine Lösung für das Hierarchieproblem haben, nämlich die Frage, warum das Higgs so leicht ist, wenn wir a priori erwarten würden, dass seine Masse nahe bei der liegt Planck-Masse, das ist so etwas wie 10 fünfzehn größer.

Ich verstehe, dass dieser zweite Punkt historisch gesehen eine der treibenden Kräfte der SUSY-Forschung war (der andere ist natürlich die Stringtheorie), weshalb viele Physiker die Aussicht auf kein SUSY auf LHC-Skalen beunruhigend finden. Dies ist jedoch für die Stringtheorie selbst nicht wirklich relevant.

"Ich bin kein Phänomenologe." Ah, aber ... spielst du eine im Internet?
Soweit davon ausgegangen wird, dass jeder Schaden, der Ihnen und/oder Ihren Lieben widerfährt, weil Sie auf alles vertrauen, was ich sage, nicht meine Schuld ist, dann ja.

Supersymmetrie ist nicht tot und kann nicht sterben, weil sie eine mathematische Konstruktion ist, schön in ihrer Einfachheit und Kraft. Was es sehr gut sein kann, ist, nicht körperlich zu sein. Viele Konstruktionen der Stringtheorie werden unter der Annahme einer bewiesenen Eindeutigkeit postuliert: Arten von Kompaktifizierungen, Lösungen für verschiedene No-Go-Theoreme, Anomalie-Aufhebungen usw. In allen Fällen ist die Eindeutigkeit nur erwünscht und von einigen Physikern bevorzugt, aber nicht streng bewiesen. Ich denke, die Leute sollten mit den Grundlagen dieser Theorien beginnen und alle Annahmen erneut überprüfen. Meiner Meinung nach wird sich herausstellen, dass die Stringtheorie nicht existiert (im mathematischen Sinne isomorph zu einer weitaus einfacheren Theorie) und dass die Supersymmetrie keine Symmetrie der Natur ist.

Wie ist der aktuelle Stand der Stringtheorie (2013)?
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